جایابی بهینه سنسورها برای فیدبک خروجی استاتیک جهت کنترل فلاتر ورق ها در جریان سوپرسونیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان

2 دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان

چکیده
گسترش استفاده از سازه‌های سبک وزن و انعطاف‌پذیر در صنایعی مانند هوافضا و استفاده روز افزون از ورق‌های نازک در این سازه‌ها که به سادگی در جریان‌های سریع هوا دچار فلاتر و ناپایداری می‌گردند، استفاده از روش‌های کنترل فعال و غیر فعال برای کنترل فلاتر را گریز ناپذیر نموده است. در پژوهش حاضر، با بررسی معادلات حاکم و به کارگیری روش SOF (فیدبک خروجی استاتیک)، سعی شده است حسگرهای ارتعاش را برای نزدیک‌ترین عملکرد به کنترل‌کننده LQR جایابی نماییم. برای این کار، یک ورق مستطیلی که در معرض جریان سوپرسونیک قرار دارد، در نظر گرفته شده و برای کنترل ارتعاشات ورق از یک وصله پیزوالکتریک استفاده شده است. برای شبیه سازی ورق از تئوری ون کارمن و تئوری ورق نسبتاً ضخیم میندلین، و برای مدلسازی جریان هوا تئوری مرتبه اول پیستون به کار گرفته شده است. معادلات حرکت با استفاده از روش لاگرانژ و تقریب میدان جابجای توسط سری‌های توانی محدود بدست آمده‌اند. سپس معیاری برای یافتن نقاطی که ترکیب فیدبک جابجایی آنها می‌تواند نزدیکترین عملکرد کنترلی را در مقایسه با کنترلر LQR ایجاد نماید، ارائه شده است. در نهایت با شبیه سازی عددی کارایی معیار بدست آمده مورد ارزیابی و تأیید قرار گرفته شده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که با فیدبک ترکیب مشخصی از جابجایی نقاط خاصی از ورق می‌توان فلاتر ورق را در سرعت‌هایی بیش از دو برابر سرعت بحرانی ورق نیز به شکل مؤثری کنترل نمود. این روش با وجود حذف تخمینگر متغیرهای حالت، عملکردی قابل مقایسه با کنترلر LQR ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Optimal placement of the sensors for Static Output Feedback of fluttering plates in the supersonic flow

نویسندگان English

Sirwan Farhadi 1
Kamran Asadi 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Kurdistan
2 Department of Mechanical Engineering, University of Kurdistan
چکیده English

The widespread use of lightweight and flexible structures in industries such as aerospace and the increasing use of thin plates in these structures, which are easily fluttered and unstable in rapid air currents, make the use of active and inactive control methods to control the flutter inevitable. In the present study, by examining the governing equations and employing SOF (Static Output Feedback) method, we have tried to position the vibration sensors to get the closest performance to the LQR controller. To do this, a rectangular plate exposed to supersonic current is considered. A piezoelectric patch is used to control the vibrations. A rectangular plate exposed to supersonic current is considered. A piezoelectric patch is used to control the vibrations. Von Karman thin plate theory and Mindlin moderately thick plate theory are used for simulating the plate. The first-order piston theory is used to model the airflow. The equations of motion are obtained using the Lagrange method and the displacement field approximation by finite power series. Then, a criterion for finding the points whose displacement feedback combination can provide the closest control performance to the LQR controller is presented. Finally, the performance of the obtained criterion has been evaluated and confirmed by numerical simulation. The results show that the plate's flutter can be effectively suppressed at speeds beyond twice the critical velocity, feeding back a specific combination of certain points' displacements. The results show this method presents a performance comparable to the LQR controller, despite removing the state estimator.

کلیدواژه‌ها English

Plate flutter
Active control
State-space estimator
Piezoelectric patch
[1] Bailey T, Hubbard Jr J E. Distributed piezoelectric-polymer active vibration control of a cantilever beam. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1985;8:605-611.
[2] Hagood N W, Von Flotow A. Damping of structural vibrations with piezoelectric materials and passive electrical networks. Journal of sound and vibration. 1991;146:243-268.
[3] Agnes G S. Active/passive piezoelectric vibration suppression.2193;24-34.
[4] Sadri A M, Wright J R, Wynne R J. Modelling and optimal placement of piezoelectric actuators in isotropic plates using genetic algorithms. Smart materials and structures. 1999;8:490.
[5] da Rocha T L, da Silva S, Lopes Jr V, Brasil A, Solteira-Sp I. Optimal location of piezoelectric sensor and actuator for flexible structures.1807-1814.
[6] Qiu Z-c, Zhang X-m, Wu H-x, Zhang H-h. Optimal placement and active vibration control for piezoelectric smart flexible cantilever plate. Journal of sound and vibration. 2007;301:521-543.
[7] Farhadi S, Hosseini-Hashemi S H. Active vibration suppression of moderately thick rectangular plates. Journal of Vibration and Control. 2011;17:2040-2049.
[8] Farhadi S, Hosseini-Hashemi S. Flutter stabilization of cantilevered plates using a bonded patch. Acta mechanica. 2011;219:241-254.
[9] Xue Y, Li J, Li F, Song Z. Flutter and thermal buckling properties and active control of functionally graded piezoelectric material plate in supersonic airflow. Acta Mechanica Solida Sinica. 2020;33:692-706.
[10] Kuriakose V M, Sreehari V M. Study on passive flutter control of damaged composite laminates with piezoelectric patches employing finite element method. Composite Structures. 2021;269:114021.
[11] Wei T, Tian Z, Yingsong G U, Zhichun Y. Supersonic flutter control and optimization of metamaterial plate. Elsevier; 2021. p. 15-20.
[12] Swain P K, Tiwari P, Maiti D K, Singh B N, Maity D. Active flutter control of delaminated composite plate using active fiber composite patches. Thin-Walled Structures. 2022;172:108856.
[13] Patil M J, Hodges D H. Output feedback control of the nonlinear aeroelastic response of a slender wing. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2002;25:302-308.
[14] Dardel M, Bakhtiari-Nejad F. Limit cycle oscillation control of wing with static output feedback control method. Aerospace Science and Technology. 2013;24:147-160.
[15] Singh K V, Black C, Kolonay R. Active aeroelastic output feedback control with partial measurements by the method of receptances. Aerospace Science and Technology. 2019;86:47-63.
[16] Zhang K, Manaffam S, Marzocca P, Behal A. Robust output feedback control for aeroelastic vibration suppression of a 2-DOF airfoil under quasi-steady flow. Journal of Vibration and Control. 2018;24:4604-4619.
[17] Stanford B K. Gradient-based aeroservoelastic optimization with static output feedback. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2019;42:2314-2318.
[18] Ricci S, Toffol F, Marchetti L, De Gaspari A, Chardi J V, Riccobene L, Fonte F, Mantegazza P. Design and Experimental Validation of Gust Load Alleviation Systems based on Static Output Feedback.0441.
دوره 2، شماره 1
بهار 1401
صفحه 73-93

  • تاریخ دریافت 05 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری 09 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش 27 اردیبهشت 1401