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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 25, 2009

Passivitätsbasierte Regelung piezoelektrischer Strukturen (Passivity-based Control of Piezoelectric Structures)

A. Kugi and Kurt Schlacher
From the journal

Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der Anwendung passivitätsbasierter Reglerentwurfsverfahren auf piezoelektrische Verbundstrukturen. Es stellt sich heraus, dass bei diesen Systemen durch den konstruktiven Aufbau (Schichtstruktur, Formgebung der Elektrodenfläche, Polarisation etc.) ein zusätzlicher Freiheitsgrad für den Reglerentwurf gegeben ist. Für piezoelektrische Verbundbalken kann im Rahmen der linearen Theorie gezeigt werden, dass eine spezielle Ansteuerung der Aktorschichten in Kombination mit geeigneten Sensorschichten unabhängig von der Lagerung des Balkens zu einer kollokierten Aktor-Sensor Paarung führt. Dies bildet dann die Grundlage für einen einfachen passivitätsbasierten Reglerentwurf mit Ausgangsrückführung. Dieser Reglerentwurf zusammen mit einer speziellen Schichtenstruktur führt bei der Betrachtung der Biegeschwingungen eines piezoelektrischen Verbundkragbalkens zu einem exponentiell stabilen geschlossenen Kreis.

This contribution deals with the application of passivity-based control design methods to composite piezoelectric structures. It turns out that the constructive design (layer structure, shaping of the surface electrodes, polarization) may be considered as an additional degree of freedom for the controller design. Thus, it will be shown that an appropriate voltage supply of the actuator layers in combination with suitable sensor layers provides a collocated actuator-sensor configuration. This serves as a basis for a simple passivity-based control with output feedback. It can be proven that for the bending of a piezoelectric composite cantilever beam this controller design together with a special layer structure leads to an exponentially stable closed loop system.

Published Online: 2009-09-25
Published in Print: 2002-09