LQR control of the nodal displacements in a spatial truss with active piezoelectric members

• Autorzy: Grzybek D.

Warianty tytułu

PL

Sterowanie LQR przemieszczeniami węzłów przestrzennej kratownicy z aktywnymi prętami piezoelektrycznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The ability to damp vibrations is important in many structures, in which trusses are one of the main elements. The increase of the damping of the truss vibrations is possible by passive means or by the use of an active vibration control system integrated with the structure of the truss. The control system can affect the truss structure by specially designed actuators, which generate active forces in appropriate nodes of the truss. Piezoelectrics can be used to build such actuators. The design of the control system encompasses the structure of the actuating active truss member, the spacing of active members inside the truss structure, the design of the control algorithm and the spacing of measurement sensors generating feedback signals. In this article, the application of the LQR algorithm to the node displacement control in a spatial truss has been presented. The spacing of active members in the truss structure on the basis of the force distribution in the truss members has been suggested.

PL

Zdolność tłumienia drgań jest wymagana w wielu konstrukcjach, których jednym z elementów są kratownice. Zwiększenie tłumienia drgań kratownicy jest możliwe za pomocą metod biernych lub przez zastosowanie aktywnego układu sterowania drganiami, zintegrowanego z konstrukcją kratownicy. Układ sterowania może oddziaływać na konstrukcję kratownicy przez specjalnie zaprojektowane aktuatory, które generują siły aktywnej regulacji w odpowiednio wybranych węzłach kratownicy. Piezoelektryki są materiałami, które mogą być wykorzystane do budowy takich aktuatorów. Projekt układu sterowania obejmuje konstrukcję aktywnego pręta kratownicy, rozmieszczenie aktywnych prętów w strukturze kratownicy, opracowanie algorytmu sterowania oraz rozmieszczenie czujników pomiarowych, generujących sygnały sprzężenia zwrotnego. W artykule przedstawiono zastosowanie algorytmu LQR w sterowaniu przemieszczeniami węzłów przestrzennej kratownicy oraz zaproponowano rozmieszczenie aktywnych prętów w strukturze kratownicy na podstawie rozkładu sił w prętach kratownicy przy występowaniu zakłóceń zewnętrznych.

Słowa kluczowe

EN

piezoelectric; truss; actuator; LQR control

PL

piezoelektryk; kratownica; aktuator; sterowanie LQR

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 32, no. 2
• Strony: 60--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Grzybek D.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Process Control, Krakow, Poland

Bibliografia

• 1. Abreu G.L.C., Lopes V. 2010, H2 Optimal control for smart truss structure, Proceedings of the 9th Brazilian Conference on Dynamics Control and their Applications, pp. 961–966
• 2. Anderson E.H., Moore D.M., Fanson J.L. 1990, Development of an active truss element for control of precision structures, Optical Engineering, vol. 29, pp. 1333–1341
• 3. Brzózka J. 2004, Regulatory i układy automatyki, Wydawnictwo Mikom, Warszawa
• 4. Bueno D., Marqui C., Santos R., Neto C., Lopes V. 2008, Experimental active vibration control in truss structures considering uncertainties in system parameters, Mathematical Problems in Engineering, doi:10.1155/2008/754951
• 5. Carvalhal R., Silva S., Lopes V. 2005, Robust Control Applications for Smart Truss Structure. Conference & Exposition on Structural Dynamics
• 6. Degertekin S.O. 2007, A comparison of simulated annealing and genetic algorithm for optimum design of nonlinear steel space frames, Structural and Multidisciplinary Optimization, vol. 34, pp. 347–359
• 7. Kwon Y.W., Bang H. 1997, The fi nite element method using MATLAB, CRC Press, Washington
• 8. Lefeuvre E., Badel A., Richard C., Petit L., Guyomar D. 2006, A comparison between several vibration-powered piezoelectric generators for standalone systems, Sensors and Actuators 2006, no 126, pp. 405–416
• 9. Lewandowski R. 2006, Dynamika konstrukcji budowlanych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań
• 10. Li J.-B., Xiong Sh.-B. 1998, Experimental studies of vibration control of a space truss structure, Proceedings of the 16th International Modal Analysis Conference, vol. 3243
• 11. Lu L-Y, Utku S., Wada B.K. 1992, On the placement of active members in adaptive truss structures for vibration control, Smart Material and Structure, no 1, pp. 8–23.
• 12. Nye J.F., 1957, Physical properties of crystals, Oxford at the Clarendon Press, Oxford
• 13. Ogata K. 2008, MATLAB for control engineers, Upper Saddle River, New Jersey
• 14. Preumont A., Dufour J.P., Malekian C. 1992, Active damping by a local force feedback with piezoelectric actuators, Journal of Guidance, Control and Dynamic, vol. 15, pp. 390–395
• 15. Song G., Vlattas J., Johnson S.E., Agraval B.N. 2001, Active vibration control of a space truss using a lead zirconate stack actuator, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, vol. 215, pp. 355–361
• 16. Standards Committee of the IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Society, Air American National Standard 1987, IEEE Standard on Piezoelectricity, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York
• 17. Wagner M., Grillenbeck A., Abou-El-Ela A. 2005, Active vibration suppression in spacecraft structures based on LQG-Controller and Kalman-Observer, Proceedings of the European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Mechanical Testing
• 18. Yang F., Sedaghati R. 2005, Optimal Placement of Active Bars in Smart Structures, Proceedings of the IEEE International Conference on Mechatronics & Automation
• 19. Zheng K., Zhang Y., Yang Y., Yan S., Dou L., Chen J. 2008, Active vibration control of adaptive truss structure using fuzzy neutral network, Proceedings of Chinese Control and Decision Conference