CN102929132A - 基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置及方法，所述装置包括工控机、无线传感装置和复合材料柔性曲壳、新型多片组合驱动器构型和UV-LED光源模块，所述复合材料柔性曲壳夹持在一个机械夹持装置上；所述方法应用激光测振仪实现物体表面振动的非接触高精度测量，通过切换UV-LED光源模块的导通开关和调整入射光强的频率成份，使其发出的紫外光交互式垂直照射柔性复合材料柔性曲壳上下表面的新型多片组合驱动器构型上。本发明的振动主动控制系统能够实现柔性结构的低频(100Hz以下)振动非接触主动控制，可以减少导线连接，减轻航空、航天结构的电磁干扰，有助于改善复杂结构的恶劣工作环境。

Description

基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置及方法

技术领域

本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置及方法。

背景技术

随着航空航天技术的飞跃式发展，人类空间活动的规模日益扩大，对空间结构的性能要求将越来越严格。目前，航空、航天结构中的柔性部件越来越多，这些大型空间柔性结构通常由轻质复合材料制作，运行中一旦受到某种扰动的作用，就会产生大幅度长时间的振动，直接影响航空、航天结构的精确运行和正常工作，国内外由于柔性体振动而导致整个航天结构性能下降、甚至瘫痪的例子很多。例如，美国发射的陆地卫星II的观测仪旋转结构，由于受到太阳能帆板驱动系统的干扰而振动，大大降低了传送图像的质量；哈勃望远镜因其太阳能帆板的热胀冷缩，引起了某些低频结构的振动，导致观测精度降低；我国研制的中巴资源一号02星在地面测试中，动量轮的偏心质量引起CCD相机安装支座的振动，造成侧视反射镜响应严重超标。可见，从根本上减小振动影响、全面提高结构性能，实现柔性结构的振动控制具有非常重要的理论意义和工程实用价值。

柔性结构的振动主要集中在低频，传统的被动控制方法对低频振动的控制效果有限，难以满足应用要求。随着微处理器技术、信号处理技术、传感器和驱动器技术的发展，集传感、驱动和控制于一体的柔性智能结构振动主动控制技术应运而生，为柔性结构低频振动问题的解决开辟了一条崭新的途径。世界各主要发达国家先后启动的智能结构系统研究计划中都将振动主动控制列为主要研究内容之一，如美国的DARPA智能材料结构战略研究计划、NASA下一代空间望远镜计划、SMASH计划等；再如，意大利航空研究中心针对飞机发动机的振动、噪声主动控制制定了专门研究计划，并拟于未来20年将主动减振降噪等重大技术成就应用在商业飞机上，以实现更高性能的航空系统。

纵观现有的复合材料柔性曲壳1振动非接触主动控制研究工作，还存在着一个棘手的问题：即PLZT驱动器的膜控制力为单向的问题。压电驱动器(简称PZT)在常规的振动主动控制中获得了广泛的应用，PLZT驱动器与PZT驱动器的一个明显区别是激励信号光强只能是正的，不能像电压信号那样既可为正亦可为负，因此在非接触振动主动控制中通常需要将PLZT驱动器粘贴在被控结构上、下表面，当结构向上振时，照射上表面的驱动器，向下振时照射下表面的驱动器，这样无疑可对被控结构产生正、负控制力矩。现有的理论研究都认为PLZT驱动器产生的薄膜控制力的正负可以像控制力矩那样由紫外光的照射方向来改变，但这完全是一个理论与实验研究相脱离造成的“真实的谎言”，最新实验研究表明，无论照射上或下表面，PLZT驱动器产生的膜控制力恒为正，即PLZT驱动器的光致电压方向永远与其极化方向一致，因此PLZT驱动器在紫外光的照射下只能伸长，不能缩短，其变形方式与紫外光的照射方向及驱动器的极化方向无关！鉴于曲壳振动主动控制中薄膜控制力占有着主导地位，而PLZT驱动器产生的薄膜控制力却是单向的。发展基于极化方向不同的多片PLZT的新型复合驱动方式，进而解决PLZT驱动器的激励力为单向问题，未见报道。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提出了基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置及方法，所述装置包括复合材料柔性曲壳、工控机、无线传感和无线驱动模块，所述方法能够实现柔性复合材料柔性曲壳的低频(100Hz以下)振动非接触主动控制，可以对减轻航空、航天结构的电磁干扰、改善其工作环境，推动振动主动控制技术的进一步发展、完善奠定必要的理论和技术基础。

本发明的技术方案为：基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，包括工控机、无线传感装置、复合材料柔性曲壳、新型多片组合驱动器构型和UV-LED光源模块，所述UV-LED光源模块设有照射头和光源输入端，所述复合材料柔性曲壳夹持在一个机械夹持装置上；所述无线传感装置包括激光测振仪和PXI数据采集分析系统；所述新型多片组合驱动器构型设置在复合材料柔性曲壳上，激光测振仪与PXI数据采集分析系统通过信号线相连接，所述新型多片组合驱动器构型与所述工控机通过UV-LED光源模块连接在一起，所述PXI数据采集分析系统与所述工控机通过一个接口设备连接在一起，所述激光测振仪能够投射激光到复合材料柔性曲壳的表面上；所述新型多片组合驱动器构型由三片尺寸相同的单晶片构成，其中两片极化方向相同的单晶片背对背布置，用不导光并隔热的胶黏剂粘接在一起，构成一只同极化晶片，在所述同极化晶片的左右侧表面上镀有左公共电极和右公共电极，另外一片单晶片的极化方向布置与前两片的极化方向相反，构成一只反极化晶片。

所述左公共电极与反极化晶片的左侧表面电极通过导线连接在一起，所述右公共电极与反极化晶片的右侧表面电极通过导线连接在一起，所述同极化晶片粘贴在所述复合材料柔性曲壳的下表面，反极化晶片粘贴在复合材料柔性曲壳的上表面，所述照射头分别与同极化晶片和反极化晶片一一对应布置，所述光源输入端与工控机的D/A采集卡连接，工控机对接收的振动信号进行主动振动控制算法计算控制处理后，转换为模拟控制量输出至UV-LED光源模块，UV-LED光源模块发出的紫外光垂直照射同极化晶片或反极化晶片的表面使其产生变形，从而产生控制作用于复合材料柔性曲壳，实现复合材料柔性曲壳振动响应的实时自适应抵消。

UV-LED光源模块发出的紫外光不同时照射同极化晶片和反极化晶片。

所述新型多片组合驱动器构型既能产生正向膜控制力又能产生负向膜控制力。

基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制方法，包括如下步骤：

第一步，利用敲击的办法对复合材料柔性曲壳进行激振，以激励复合材料柔性曲壳进行振动，用激光测振仪测量选定测点位置的复合材料柔性曲壳的振动响应，将激励点和响应点的时域信号进行快速傅立叶变换(FFT)，计算出从新型多片组合驱动器构型到激光测振仪的测振点阵列的频率响应函数；

第二步，依据实测的频率响应函数设计一个特殊的带宽滤波器，所述带宽滤波器为二阶系统，其固有频率近似为实测的待控模态的频率值，当激光测振仪的传感信号输入到系统中后，与待控模态同频率的信号分量被放大，不同频率的部分被抑制，系统的输出信号与待控模态的模态速度信号成比例且同相位；

第三步，紫外光照射方向的切换函数选取为其中η是模态位移，模态速度，ζ_mn是为mn阶模态的阻尼比，ω_mn为mn阶模态的固有频率，依据切换函数的符号改变紫外光的照射方向，当时，照射复合材料柔性曲壳上表面的反极化晶片；

时，照射复合材料柔性曲壳下表面的同极化晶片；

第四步，采用独立模态空间控制法和光强模糊控制律，建立新型多片组合驱动器构型入射光强与待控模态的模态位移、模态速度信号的关系，根据设定的控制算法设置工控机操作平台控制命令，依据结构振动响应信号确定入射光的光强，通过切换紫外光入射方向和光强大小，实现结构振动主动控制，所述控制算法为：

当圆柱薄壳在外加激励的作用下产生振动，激光测振仪检测振动位移量η，反馈给模糊控制器进行闭环控制。这里将检测位移，同时取其微分后，分别乘以量化因子K_d和K_υ后转化到基本论域[-3，3]，对应的模糊语言变量分别为

和

语言值均为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，记为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。利用图10所示的三角形隶属度函数将论域内集合元素模糊化。

这里将模糊量化因子K_d和K_υ调整律取为：

当 $s(\mathrm{\η},\stackrel{\·}{\mathrm{\η}})={\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mn}}\mathrm{\η}+\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}=0,$ $K_d=\frac{3}{\mathrm{\η}},$ $K_{\mathrm{\υ}}=\frac{3}{{\mathrm{\η\ω}}_{\mathrm{mn}}}$

模糊控制规则用输入输出模糊变量表示为

R′：

其中A_l1和A_l2分别取语言值{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，u^l为控制输入；

设计了一种新的自组织学习算法，用系统的输出位移η和速度

的量化值

和来修改模糊规则表。自组织模糊规则表起始为零规则，在控制过程中，用下式不断对控制规则进行修正，得第l条规则的控制输入为

$u^l(k+1)=u^l\left(k\right)+{\mathrm{\Δu}}^l\left(k\right)=w_{\mathrm{\η}}^l{w}_{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}^l\mathrm{\γ}[(1-\mathrm{\α})\widetilde{\mathrm{\η}}\left(k\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\·}{\widetilde{\mathrm{\η}}}\left(k\right)]$

式中0＜γ＜1，为学习速率，γ取值越大系统的修正值越大容易造成系统输出振荡；0＜α＜1为η(k)和

的权值分配系数，一般取α＝0.5，(k)表示第k次迭代；

在每个控制步，模糊输入变量和

会分别触发两个模糊子集，因此会有四条规则将被修改，每条模糊规则的修正值与触发强度

成正比，

分别表示为如图10所示的三角形隶属度函数；

实际光强可以通过以下的反模糊化得到，用公式表示为：

$I=K_u\·\left|\mathrm{\Σ}\frac{{\mathrm{\ω}}^l\·u^l}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ω}}^l}\right|,$ ${\mathrm{\ω}}^l={\mathrm{\μ}}_{A_{l1}}\left(\widetilde{\mathrm{\η}}\right)\·{\mathrm{\μ}}_{A_{l2}}\left(\stackrel{\·}{\widetilde{\mathrm{\η}}}\right)$

其中，K_u为比例因子，

和

为三角形隶属度函数；

第五步，对工控机软件平台进行参数设置，根据控制算法准备开始控制；

第六步，利用敲击的办法对复合材料柔性曲壳进行激振，开启激光测振仪，获取结构振动响应信号；

第七步，根据设定的控制算法设置工控机操作平台控制命令，依据结构振动响应信号确定入射光的光强并切换其入射方向，实现结构振动主动控制；从工控机界面观测结构振动控制效果。

本发明的有意效果为：

1)本发明是提供一种激光传感、紫外光驱动的柔性复合材料柔性曲壳低频振动非接触主动控制方法。该方法应用激光测振仪实现曲壳表面振动的非接触高精度测量，其测量精度高、抗干扰能力强，同时不影响被测物体的运动，具有很高的空间分辨率。

2)本发明提出的柔性复合材料柔性曲壳低频振动无线驱动方法：一种既能产生正向膜控制力又能产生负向膜控制力的新型多片组合驱动器构型。

3)本发明能够实现柔性结构的低频(100Hz以下)振动非接触主动控制，可以减少导线连接，减轻航空、航天结构的电磁干扰，有助于改善复杂结构的恶劣工作环境。

附图说明

图1是本发明一个优选实施实例的振动非接触主动控制系统结构示意图。

图2是本发明的新型多片组合新型多片组合驱动器构型构型示意图。

图3是本发明的新型多片组合驱动器构型的上表面照射方式示意图。

图4是本发明的新型多片组合驱动器构型的下表面照射方式示意图。

图5是本发明的新型多片组合驱动器构型的粘贴方式原理示意图。

图6是本发明的新型多片组合驱动器构型的粘贴方式结构示意图。

图7是本发明的模糊控制系统结构框图。

图8是本发明的控制流程框图。

图9是本发明的算法设计流程框图。

图10位移

速度

隶属度函数曲线。

图中，1.复合材料柔性曲壳；2.新型多片组合驱动器构型；3.测振点阵列4.激光测振仪5.PXI数据采集分析系统；6.工控机；7.UV-LED光源模块。

具体实施方式

本发明的一个优选实施实例结合附图说明如下：

参见图1至图10，本发明包括工控机6、无线传感装置、复合材料柔性曲壳1、新型多片组合驱动器构型2和UV-LED光源模块7，所述UV-LED光源模块7设有光源输入端和多个照射头，所述复合材料柔性曲壳1为一个环氧树脂柔性曲壳，复合材料柔性曲壳1上设有测振点阵列3，新型多片组合驱动器构型2构成了一个驱动网络，所述复合材料柔性曲壳夹持在一个机械夹持装置上；所述无线传感装置包括激光测振仪4和PXI数据采集分析系统5，所述工控机6设有A/D采集卡和D/A采集卡；所述激光测振仪4包含测振仪输出端、激光头、激光控制器和通道，测振仪输出端与PXI数据采集分析系统5的输入端连接，PXI的输出端与A/D采集卡连接；所述激光头将一束激光投射到复合材料柔性曲壳1的表面上，激光控制器拾取振动信号并进行信号转换，通过PXI数据采集分析系统5传输到所述工控机6上，工控机6对频率和相位解调，得到运动物体振动速度和位移的时间历程信号，实现物体表面振动的非接触精密测量。

本实例的基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制方法，按照技术方案中的方法步骤，进行了细化，如图8所示，细化后的实验步骤如下：

(1)选用尺寸为：轴向长度L＝0.4m，弧长L_Ψ＝0.4m，弯曲角度Ψ＝π/3，厚度h＝1.6×10^-3m的环氧树脂开口圆柱壳作为模拟柔性曲壳模型结构①，该结构在固定段根部位置分别开系列螺纹孔，然后用螺丝将结构根部固定在试验台角铁支架上。

(2)采用有限元分析软件ANSYS对复合材料柔性曲壳1进行建模分析，获得复合材料柔性曲壳1的较低频范围各阶固有频率、各阶模态振型和最大应变受力区域等结构振动模态特性。

(3)根据上述步骤(2)获得的结构振动响应特性数据，按照检测/抑制某几个较低阶模态最大应变的要求，选择适合于激光测振仪4的复合材料柔性曲壳1表面测振点阵列3，并采用AB胶水将新型多片组合驱动器构型2以对位贴片的方式分别分布在复合材料柔性曲壳1的上、下表面。所述新型多片组合驱动器构型2由三片尺寸相同的单晶片构成，其中两片极化方向相同的单晶片背对背布置，用不导光并隔热的胶黏剂粘接在一起，构成一个同极化晶片，在所述同极化晶片的左右侧表面上镀有左公共电极和右公共电极，另外一片单晶片的极化方向布置与前两片的极化方向相反，见图2至图6，构成反极化晶片。所述左公共电极与反极化晶片的左侧表面电极通过导线连接在一起，所述右公共电极与反极化晶片的右侧表面电极通过导线连接在一起，所述同极化晶片粘贴在所述复合材料柔性曲壳1的下表面，反极化晶片粘贴在复合材料柔性曲壳1的上表面，如图2所示。当UV-LED光源模块7发出的紫外光垂直照射新型多片组合驱动器构型2的同极化晶片的受光面时，同极化晶片将产生光生电压，所产生的光生电压方向与同极化晶片的极化方向一致，与反极化晶片的极化方向相反，这样同极化晶片伸长，反极化晶片缩短；当UV-LED光源模块7发出的紫外光垂直照射新型多片组合驱动器构型2的反极化晶片的受光面时，反极化晶片将产生光生电压，所产生的光生电压方向与反极化晶片的极化方向一致，与同极化晶片的极化方向相反，这样反极化晶片伸长，同极化晶片缩短，新型多片组合驱动器构型的照射方式如图3和图4所示。同极化晶片布置在柔性复合材料柔性曲壳1的下表面，反极化晶片布置在柔性复合材料柔性曲壳1的上表面，典型型多片组合驱动器构型构如图5和图6所示。UV-LED光源模块7发出的紫外光不同时照射同极化晶片和反极化晶片。

(4)调整激光测振仪4的支架高度和位置，使其发出的光垂直照射于复合材料柔性曲壳1表面的测点上。

(5)利用敲击的办法对智能柔性曲壳进行激振，以激励复合材料柔性曲壳1进行振动，用激光测振仪4测量选定测点位置的曲壳的振动响应，将激励点和响应点的时域信号进行快速傅立叶变换(FFT)，从而可计算出从新型多片组合驱动器构型2到激光测振仪4的测振点阵列3的频率响应函数。

(6)将受控自回归模型和最小二乘法相结合，基于频率响应函数对系统的模态参数进行识别，从而得到系统的状态空间模型的描述。

(7)依据实测的频响函数设计一个特殊的带宽滤波器，该滤波器为一二阶系统，其固有频率近似为实测的待控模态的频率值，当激光测振仪4的传感信号输入到系统中后，与待控模态同频率的信号分量被放大，不同频率的部分被抑制，系统的输出信号与待控模态的速度信号成比例且同相位；

(8)紫外光照射方向的切换函数选取为

其中η是模态位移，模态速度，ζ_mn是为mn阶模态的阻尼比，ω_mn为mn阶模态的固有频率。依据切换函数的符号改变紫外光的照射方向，当

时，照射复合材料柔性曲壳1上表面的反极化晶片；

时，照射复合材料柔性曲壳1下表面的同极化晶片。

(9)采用独立模态空间控制法和光强模糊控制律，建立新型多片组合驱动器构型2入射光强与待控模态的模态位移、模态速度信号的关系。根据设定的控制算法设置工控机6操作平台控制命令，依据结构振动响应信号确定入射光的光强，通过切换紫外光入射方向和光强大小，实现结构振动主动控制。光强模糊控制器结构图如图7所示。

当圆柱薄壳在外加激励的作用下产生自由振动，激光测振仪4检测振动位移量η，反馈给模糊控制器进行闭环控制。这里将检测位移，同时取其微分后，分别乘以量化因子K_d和K_υ后转化到基本论域[-3，3]，对应的模糊语言变量分别为

和

语言值均为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，记为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。利用图10所示的三角形隶属度函数将论域内集合元素模糊化。。

这里将模糊量化因子K_d和K_υ调整律取为：

当 $s(\mathrm{\η},\stackrel{\·}{\mathrm{\η}})={\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mn}}\mathrm{\η}+\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}=0,$ $K_d=\frac{3}{\mathrm{\η}},$ $K_{\mathrm{\υ}}=\frac{3}{{\mathrm{\η\ω}}_{\mathrm{mn}}}$

模糊控制规则用输入输出模糊变量表示为

R′：

其中A_l1和A_l2分别取语言值{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，u^l为控制输入。

设计了一种新的自组织学习算法，用系统的输出位移η和速度

的量化值和

来修改模糊规则表。自组织模糊规则表起始为零规则，在控制过程中，用下式不断对控制规则进行修正，得第l条规则的控制输入为

$u^l(k+1)=u^l\left(k\right)+{\mathrm{\Δu}}^l\left(k\right)=w_{\mathrm{\η}}^l{w}_{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}^l\mathrm{\γ}[(1-\mathrm{\α})\widetilde{\mathrm{\η}}\left(k\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\·}{\widetilde{\mathrm{\η}}}\left(k\right)]$

式中0＜γ＜1，为学习速率，γ取值越大系统的修正值越大容易造成系统输出振荡；0＜α＜1为η(k)和

的权值分配系数，一般取α＝0.5，(k)表示第k次迭代。

在每个控制步，模糊输入变量

和

会分别触发两个模糊子集，因此会有四条规则将被修改，每条模糊规则的修正值与触发强度

成正比，

分别表示为如图10所示的三角形隶属度函数。

实际光强可以通过以下的反模糊化得到，用公式表示为：

$I=K_u\·\left|\mathrm{\Σ}\frac{{\mathrm{\ω}}^l\·u^l}{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ω}}^l}\right|,$ ${\mathrm{\ω}}^l={\mathrm{\μ}}_{A_{l1}}\left(\widetilde{\mathrm{\η}}\right)\·{\mathrm{\μ}}_{A_{l2}}\left(\stackrel{\·}{\widetilde{\mathrm{\η}}}\right)$

其中，K_u为比例因子，

和

为三角形隶属度函数。

(10)根据控制算法编写程序，并对工控机软件平台进行参数设置，编译调试成功后准备开始控制。

(11)参照步骤(5)，利用敲击的办法对复合材料柔性曲壳进行激振，开启激光测振仪，获取结构振动响应信号。

(12)从工控机界面观测结构振动控制效果。

本发明能够实现柔性结构的低频(100Hz以下)振动非接触主动控制，可以减少导线连接，减轻航空、航天结构的电磁干扰，有助于改善复杂结构的恶劣工作环境。

Claims (5)

1.基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：包括工控机、无线传感装置、复合材料柔性曲壳、新型多片组合驱动器构型和UV-LED光源模块，所述UV-LED光源模块设有照射头和光源输入端，所述复合材料柔性曲壳夹持在一个机械夹持装置上；所述无线传感装置包括激光测振仪和PXI数据采集分析系统；所述新型多片组合驱动器构型设置在复合材料柔性曲壳上，激光测振仪与PXI数据采集分析系统通过信号线相连接，所述新型多片组合驱动器构型与所述工控机通过UV-LED光源模块连接在一起，所述PXI数据采集分析系统与所述工控机通过一个接口设备连接在一起，所述激光测振仪能够投射激光到复合材料柔性曲壳的表面上；所述新型多片组合驱动器构型由三片尺寸相同的单晶片构成，其中两片极化方向相同的单晶片背对背布置，用不导光并隔热的胶黏剂粘接在一起，构成一只同极化晶片，在所述同极化晶片的左右侧表面上镀有左公共电极和右公共电极，另外一片单晶片的极化方向布置与前两片的极化方向相反，构成一只反极化晶片。

2.根据权利要求1所述的基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：所述左公共电极与反极化晶片的左侧表面电极通过导线连接在一起，所述右公共电极与反极化晶片的右侧表面电极通过导线连接在一起，所述同极化晶片粘贴在所述复合材料柔性曲壳的下表面，反极化晶片粘贴在复合材料柔性曲壳的上表面，所述照射头分别与同极化晶片和反极化晶片一一对应布置；所述光源输入端与工控机的D/A采集卡连接，工控机对接收的振动信号进行主动振动控制算法计算控制处理后，转换为模拟控制量输出至UV-LED光源模块，UV-LED光源模块发出的紫外光垂直照射同极化晶片或反极化晶片的表面使其产生变形，从而产生控制作用于复合材料柔性曲壳，实现复合材料柔性曲壳振动响应的实时自适应抵消。

3.根据权利要求2所述的基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：UV-LED光源模块发出的紫外光不同时照射同极化晶片和反极化晶片。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：所述新型多片组合驱动器构型既能产生正向膜控制力又能产生负向膜控制力。

5.基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制方法，包括如下步骤：

第一步，利用敲击的办法对复合材料柔性曲壳进行激振，以激励复合材料柔性曲壳进行振动，用激光测振仪测量选定测点位置的复合材料柔性曲壳的振动响应，将激励点和响应点的时域信号进行快速傅立叶变换(FFT)，计算出从新型多片组合驱动器构型到激光测振仪的测振点阵列的频率响应函数；

第二步，依据实测的频率响应函数设计一个特殊的带宽滤波器，所述带宽滤波器为二阶系统，其固有频率近似为实测的待控模态的频率值，当激光测振仪的传感信号输入到系统中后，与待控模态同频率的信号分量被放大，不同频率的部分被抑制，系统的输出信号与待控模态的模态速度信号成比例且同相位；

第三步，紫外光照射方向的切换函数选取为

其中η是模态位移，

模态速度，ζ_mn是为mn阶模态的阻尼比，ω_mn为mn阶模态的固有频率，依据切换函数的符号改变紫外光的照射方向，当时，照射复合材料柔性曲壳上表面的反极化晶片；

时，照射复合材料柔性曲壳下表面的同极化晶片；

第四步，采用独立模态空间控制法和光强模糊控制律，建立新型多片组合驱动器构型入射光强与待控模态的模态位移、模态速度信号的关系，根据设定的控制算法设置工控机操作平台控制命令，依据结构振动响应信号确定入射光的光强，通过切换紫外光入射方向和光强大小，实现结构振动主动控制，所述控制算法为：

当圆柱薄壳在外加激励的作用下产生振动，激光测振仪检测振动位移量η，反馈给模糊控制器进行闭环控制，这里将检测位移，同时取其微分后，分别乘以量化因子K_d和K_υ后转化到基本论域[-3，3]，对应的模糊语言变量分别为

和语言值均为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，记为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}；利用三角形隶属度函数将论域内集合元素模糊化；

这里将模糊量化因子K_d和K_υ调整律取为：

当 $s(\mathrm{\η},\stackrel{\·}{\mathrm{\η}})={\mathrm{\ζ}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mn}}\mathrm{\η}+\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}=0,$ $K_d=\frac{3}{\mathrm{\η}},$ $K_v=\frac{3}{{\mathrm{\η\ω}}_{\mathrm{mn}}}$

模糊控制规则用输入输出模糊变量表示为

其中A_l1和A_l2分别取语言值{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，u^l为控制输入；

设计了一种新的自组织学习算法，用系统的输出位移η和速度

的量化值

和

来修改模糊规则表；自组织模糊规则表起始为零规则，在控制过程中，用下式不断对控制规则进行修正，得第，条规则的控制输入为

$u^l(k+1)=u^l\left(k\right)+{\mathrm{\Δu}}^l\left(k\right)=w_{\mathrm{\η}}^l{w}_{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}^l\mathrm{\γ}[(1-\mathrm{\α})\widetilde{\mathrm{\η}}\left(k\right)+\mathrm{\α}\stackrel{\·}{\widetilde{\mathrm{\η}}}\left(k\right)]$

式中0<尸<l，为学习速率，尸取值越大系统的修正值越大容易造成系统输出振荡；0<α<1为η(k)和

的权值分配系数，一般取α=0．5，(k)表示第k次迭代；

在每个控制步，模糊输入变量和

会分别触发两个模糊子集，因此会有四条规则将被修改，每条模糊规则的修正值与触发强度

成正比，

分别表示为三角形隶属度函数；

实际光强可以通过以下的反模糊化得到，用公式表示为：

$I=K_u\&CenterDot;\left|\mathrm{\&Sigma;}\frac{{\mathrm{\&omega;}}^l\&CenterDot;u^l}{\mathrm{\&Sigma;}{\mathrm{\&omega;}}^l}\right|,$ ${\mathrm{\&omega;}}^l={\mathrm{\&mu;}}_{A_{l1}}\left(\widetilde{\mathrm{\&eta;}}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{A_{l2}}\left(\stackrel{\&CenterDot;}{\widetilde{\mathrm{\&eta;}}}\right)$

其中，K_u为比例因子，

和

为三角形隶属度函数；

第五步，对工控机软件平台进行参数设置，根据控制算法准备开始控制；

第六步，利用敲击的办法对复合材料柔性曲壳进行激振，开启激光测振仪，获取结构振动响应信号；

第七步，根据设定的控制算法设置工控机操作平台控制命令，依据结构振动响应信号确定入射光的光强并切换其入射方向，实现结构振动主动控制；从工控机界面观测结构振动控制效果。

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