PZT EYLEYİCİ VE ALGILAYICI İÇEREN ESNEK BİR KONSOL KİRİŞ İÇİN ROBUST KONTROLCÜ TASARIMI VE SİMÜLASYONU

ROBUST CONTROL DESIGN AND SIMULATION FOR A FLEXIBLE CANTILEVER BEAM WITH PZT ACTUATOR AND SENSOR

Özet

Son yıllardaki algılayıcı ve kumanda elemanı teknolojilerindeki dikkate değer gelişmelerden dolayı, akıllı yapıların kullanımı, esnek mekanik sistemlerde aktif titreşim kontrolü problemlerine daha etkili çözümler sunmaktadır. Aktif titreşim kontrolünde piezoelektrik malzemeler, elektro-mekanik akuple özellikleri nedeniyle hem kumanda elemanı hem de algılayıcı olarak çalışabilirler. Bu alanda piezoelektrik malzemelerin çoğunlukla kullanılan tipi, kurşun, zirkonyum-titanyum (PZT) piezo-seramiklerdir. Piezoseramikler esnek mekanik sistemlerin üzerine yapıştırılarak akıllı yapılar elde edilmektedir. Bu çalışma, MATLAB programı ile bir piezoelektrik algılayıcı ve kumanda elemanı içeren esnek konsol bir kirişin modellenmesi ve kontrolü için robust bir yaklaşım sunmaktadır. Önce, esnek konsol alüminyum kirişin parametre belirsizliği içeren modeli piezoelektrik elemanlar ile birlikte oluşturulmaktadır. Ardından, belirsiz model üzerinden genelleştirilmiş sistem modeli oluşturulmakta ve H∞ kontrolcü hesaplanmaktadır. Elde edilen zaman ve frekans tanım kümesi simülasyon sonuçları, tasarlanan H∞ kontrolcünün tüm durumlarda akıllı kirişin ilk düzlem dışı bükülme modundaki titreşimlerini bastırmaya muktedir olduğunu ortaya koymaktadır.

Abstract

In recent years, the use of smart structures presents more efficient solutions to most of active vibration control problems in flexible mechanical systems due to significant advances in sensor and actuator technologies. Piezoelectric materials can be used as a sensor and/or an actuator in active vibration control because of their electromechanical coupling property. The commonly used type of piezoelectric materials is PZT (lead-zirconate-titanate) piezoceramics. Smart structures are produced by bonding these piezoelectric materials on flexible mechanical systems. This study presents a robust approach for modeling and controlling of a cantilever flexible beam comprising a piezoelectric sensor and actuator by MATLAB software. Firstly, the parameter uncertain modeling of the flexible cantilever aluminum beam with a piezoelectric sensor and actuator is created. Then, generalized plant model is constituted of the uncertain model, and H∞ controller is designed and computed. Obtained simulation results in time and frequency domain reveal that proposed H∞ controller is able to suppress vibration of the smart beam in the first out-of-plane bending mode.