Vol.3, No 12, 2002 pp. 417-430
UDC 62-52:62-50:534:531
MODELLING, CONTROL AND SIMULATION OF PIEZOELECTRIC
SMART STRUCTURES
USING FINITE ELEMENT METHOD AND OPTIMAL LQ
CONTROL
Ulrich Gabbert1, Tamara Nestorović
Trajkov1,2, Heinz Köppe1
1Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg,
Fakultät für Maschinenbau,
Institut für Mechanik, Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, Germany
2Faculty of Mechanical Engineering,
Beogradska 14, 18000 Niš, Yugoslavia
The paper presents some recent developments in modelling and numerical
analysis of piezoelectric material systems and controlled smart structures
based on a general purpose finite element software with the possibilities
of static and dynamic analyses and simulation. Design and simulation of
controlled smart structure is also presented, using a state-space model
of a structure obtained through the finite element analysis as a starting
point for the controller design. For the purpose of the control design
for the vibration suppression discrete-time control design tools were used,
such as optimal LQ controller incorporated in a tracking system. The application
of mentioned methods was verified through the example of actively controlled
vibrations of the clamped beam.
Key words: piezoelectric smart structures, finite element
analysis, optimal LQ control, tracking system.
MODELIRANJE, UPRAVLJANJE I SIMULACIJA
AKTIVNIH KONSTRUKCIJA SA PIEZOELEKTRIČNIM ELEMENTIMA PRIMENOM METODA KONAČNIH
ELEMENATA I OPTIMALNOG LQ UPRAVLJANJA
U radu su predstavljena neka aktuelna dostignuća u modeliranju i numeričkoj
analizi sistema sa piezoelektričnim materijalima i aktivnih konstrukcija
na osnovu softvera opšte namene za analizu metodom konačnih elemenata,
koji ima mogućnosti za statičku i dinamičku analizu i simulaciju. Prikazano
je projektovanje i simulacija upravljane aktivne strukture, pri čemu je
model objekta u prostoru stanja, dobijen postupkom analize metodom
konačnih elemenata, korišćen kao polazna osnova za projektovanje kontrolera.
U cilju projektovanja upravljanja za prigušenje oscilacija korišćen je
upravljački aparat u diskretnom domenu – optimalni LQ kontroler u kombinaciji
sa sistemom praćenja. Primena pomenutih metoda verifikovana je na primeru
aktivnog upravljanja oscilacijama konzole.
