基于压电作动器的悬臂梁结构振动主动控制MATLAB仿真系统

资 源 简 介

本项目设计了一套基于压电材料的主动控制系统，用于抑制悬臂梁结构的振动。系统通过压电传感器采集振动信号，运用控制算法实时生成最优控制律，并驱动压电作动器施加反向力以实现振动抑制。采用MATLAB进行仿真建模与算法验证。

详 情 说 明

基于压电作动器的悬臂梁结构振动主动控制仿真系统

项目介绍

本项目针对悬臂梁结构的振动问题，设计并实现了一套基于压电材料的主动控制系统。系统通过建立悬臂梁的动力学模型，利用压电传感器实时采集振动信号，并采用先进的控制算法计算出最优控制律，驱动压电作动器产生反向作用力以有效抑制振动。该系统集成了结构建模、信号处理、控制器设计与实时仿真等多种功能，可用于评估和比较不同控制策略（如LQR、PID、H∞等）对振动抑制的效果。

功能特性

• 精确动力学建模：采用有限元方法建立悬臂梁结构的动力学模型，考虑压电材料与结构的耦合效应。
• 多种外部激励：支持阶跃、正弦、随机等多种类型的激励信号模拟实际工况。
• 先进控制算法：内置LQR（线性二次型调节器）、PID（比例-积分-微分）、H∞（鲁棒控制）等多种主动振动控制算法。
• 实时仿真与可视化：可实时仿真振动控制过程，并绘制振动响应曲线、控制效果对比图、控制力输出曲线等。
• 性能定量评估：自动计算系统的收敛时间、超调量等性能指标，并提供鲁棒性分析功能。

使用方法

1. 配置参数：在主脚本或配置文件中，设置悬臂梁的结构参数（长度、截面尺寸、材料属性）、压电材料参数（压电常数、耦合系数）、外部激励参数（类型、幅值、频率）以及控制参数（控制器类型、增益等）。
2. 运行仿真：执行主脚本，启动仿真计算。系统将根据设定的参数进行动力学求解和控制律计算。
3. 查看结果：仿真结束后，系统会自动生成并显示振动响应曲线、控制效果对比图、控制力输出曲线等结果图表。
4. 分析性能：从输出结果或命令行中获取系统稳定性与性能指标，用于评估控制策略的有效性。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a 或更高版本
• 必要工具箱：Control System Toolbox, Signal Processing Toolbox (部分功能可能需要)

文件说明

主程序文件包含了本仿真系统的核心调度与执行逻辑。它主要负责完成系统初始化、根据用户输入参数构建悬臂梁的有限元模型与压电耦合模型、定义外部激励、配置所选控制器的参数并执行控制算法、运行动力学仿真求解、实时绘制振动响应与控制器输出等关键物理量的曲线图，并对控制效果进行量化计算与对比分析，最终将主要结果以图形化方式呈现给用户。