压电自适应振动控制结构的一体化设计

将压电自适应结构的振动控制性能指标、结构质量和固有频率作为目标函数,结 构尺寸参数和控制系统的反馈增益阵中的元素同时作为设计变量,采用独立模态空 间方法,对压电自适应振动控制结构进行了一体化设计。     

主被动约束层阻尼在结构振动控制中的应用与设计

导出了自感知主被动阻尼控制梁结构的振动控制方程。引入速度负反馈形成闭环控制,对被动控制和主被动控制的控制效果进行了分析比较。分析了粘弹层、压电层厚度和压电片位置等结构参数变化以及材料参数变化对控制效果及结构频率的影响。并分析了主被动阻尼控制结构的特点和设计中应注意的问题。     

压电材料在振动控制领域的研究进展与应用现状

结合振动主动控制和被动控制原理,综述了应用于振动控制领域的单层压电陶瓷、多层叠堆压电陶瓷、压电纤维复合材料、0-3型压电复合材料等4种压电智能材料,重点介绍了其结构特点、制备工艺,以及在机械制造、航空航天和船舶航运等领域减振应用的研究进展,指出了压电材料的未来研究方向。     

积层式压电驱动器的有限元建模分析

该文利用有限元分析法对直动式压电伺服阀驱动元件-积层式压电驱动器的静、动态特性进行了深入的分析,建立了积层式压电驱动器多层压电结构的有限元模型,得到静态与动态工作的分析结果。理论分析的结果表明,积层式压电驱动器具有较大的输出位移与输出力,以及具有良好的动态响应特性,由其构造压电伺服阀,不会限制系统的频宽,结合合理的放大机构与阀体结构,有望达到高速、精密的伺服控制。     

压电复合材料结构模糊自适应前馈振动控制

针对压电复合材料结构前馈主动控制中存在的某些非线性问题 ,本文提出一种模糊自适应前馈主动控制方法 ,解决一类参考信号与外扰呈非线性函数关系的主动控制问题。数值仿真结果表明 ,该非线性模糊自适应控制方法优于线性滤波 - x L MS方法的控制效果     

柔性结构振动控制的初步分析与试验研究

采用智能结构的原理和方法,对压电元件用于柔性结构振动控控制的有关问题进行了初步探讨。对压电驱动器与结构的匹配关系进行了理论分析,对模态传感－驱动器对在柔性悬臂板结构中的布置数量和位置进行了优化设计,并对结构振动进行了控制试验,验证了该方法的有效性。     

压电网壳抗震主动控制振动台试验

运用压电智能材料频响范围宽、响应速度快的特点,设计制作了双向受力压电主动杆件,通过动力特性以及驱动性能测试,得到了压电主动杆件的驱动增益函数和频响特征;基于遗传算法,对网壳结构进行主动控制时主动杆件的数目和布置位置进行了优化设计;运用8个自主研制的压电主动杆件,对一凯威特网壳模型进行了主动控制振动台试验,对压电主动杆件采取循环开/关闭合驱动的方法,实现了对结构的多点最优控制,并使结构的竖向及水平加速度和位移均得到了良好的控制.结构的模态频率最大抑制达到14％,模态阻尼比最大提高了2.2.     

基于遗传算法的叶盘压电控制回路优化

针对简单遗传算法收敛速度慢及易产生"早熟"的问题,对遗传算法选择算子和变异算子进行了改进。基于改进遗传算法,对随机失谐叶盘结构的压电控制回路进行了二模式和四模式优化,对比分析了两种优化电路对叶盘结构振动的控制效果及成本。研究结果表明,相比谐调压电控制回路,优化后的二模式和四模式主动失谐控制回路都有更好的振动控制效果,且二模式回路成本更低;改进遗传算法收敛速度快,优化结果具有全局性;叶片刚度失谐强度对主动失谐压电控制回路的振动控制效果有明显的影响。     

基于微遗传算法的压电智能板结构/控制一体化拓扑优化设计及拓扑图提取

研究同时考虑结构拓扑构型、作动器位置与数目和控制器加权参数的压电智能板结构的结构/控制一体化拓扑优化设计问题。提出采用基于耦合模态空间的二次型最优控制系统设计,与基于微遗传算法和小波分析降噪相结合的策略进行一体化拓扑优化设计的实现和拓扑图提取。数值算例的结果表明,所提新方法计算量小,效率高,能够得到清晰的结构拓扑和良好的可控性。     

光驱动压电作动器用于薄壳振动控制策略的研究及可行性验证

为提高薄壳结构工作性能,突破现有的结构振动控制方法局限性,采用新材料PLZT,开启了利用光电压驱动压电作动器的新研究。现对利用光驱动压电作动器方法用于薄壳振动控制进行了研究,设计其控制策略,并通过试验研究验证了所设计的控制策略的有效性和光驱动压电作动器方法用于薄壳振动控制的可行性。     

基于压电元件的振动主动控制

对配置压电元件作为传感器、驱动器,基于自适应滤波技术的柔性结构主动振动控制进行了实验研究。介绍了压电传感器、驱动器原理及其检测、驱动电路,阐述了自适应控制的基本原理,导出了控制算法,并介绍了控制系统构成,实验结果验证了本文所述方法的有效性。     

基于形状的复合材料层合板振动主动控制研究

根据Hamilton原理,建立了覆盖压电传感器／激振器的复合材料层合板的运动方程．并借助于压电方程、层合板理论得到了压电传感器、激振器的输出与输入方程。根据压电片随机布置产生的控制效果来确定最优整体压电片的形状。最后给出了计算实例,结果表明把压电片布置在靠近固定端和沿轴向布片为最优位置,可以达到比整体布片更优的控制效果。     

单相压电电机驱动的高精度孔径光阑设计

为满足空间光学仪器小型化、轻量化、精密化需求,设计了一种单相压电电机驱动的孔径光阑。对压电光阑的整体结构进行设计,实现光阑结构与功能的一体化设计;以压电陶瓷和碳纤维为基体设计具有高强度和功率密度的压电定子;通过COMSOL有限元软件对复合压电定子动力学特性进行分析,以及进行模态频率一致性调节;最后对光阑动圈进行结构优化以及干扰模态分离设计。根据设计方案制作压电光阑样机,其质量仅为49 g,孔径可变范围为0.5~35 mm。实验结果显示：光阑完全放大与闭合时间分别为89 ms和92.4 ms,最小角分辨率为4×10-5 rad。该研究简化了光阑的组成和控制,使其在保证精度的同时,结构更紧凑,质量更小。     

基于光-压电的非接触式弹性圆环独立模态控制

在接近紫外波长的高能光束均匀照射下,极化的镧改性锆钛酸铅(PbLaZrTi,PLZT)铁电陶瓷具有反常的光生伏特效应,即在两极间会产生很高的电压。利用此电压信号来驱动层合于柔性板壳结构的压电作动器,可以实现对柔性板壳结构的非接触式控制。为实现弹性圆环的非接触式独立模态控制,利用模态展开技术及振型函数的正交性设计余弦状正交模态作动器,并利用PLZT产生的电压来驱动层合于圆环上的聚偏二氟乙烯(Polymeric polyvinylidene fluoride,PVDF)压电模态作动器。在控制策略上采用速度反馈的定光强控制,通过模态速度符号来调节压电作动器与PLZT的连接方向,以实现作动器产生控制力的正/负切换。采用Newmark-β法对弹性圆环在不同光强下的动态响应进行数值仿真分析。仿真结果表明,在PLZT产生的电压信号的驱动下,压电作动器对系统产生的驱动力随光照时间成指数倍增加,且光照强度越大控制效果越好。     

钨青铜系列压电陶瓷驱动器迟滞特性的改善

为提高微动工作台开环控制的定位精度,选用了性能稳定的新型钨青铜型多层片式压电陶瓷驱动器作为驱动元件.同时根据压电晶体的电畴结构和晶体结构原理,研制出抗迟滞驱动控制软件.实验证明,采用了这种新的驱动方式可以使驱动器的迟滞误差下降70%～90%.     

压电智能结构振动控制技术的研究与展望

运用国内外振动主动控制的研究成果,对压电结构振动主动控制技术进行了研究探索。阐述了控制原理,通过振动控制试验证实了主动控制方法的有效性,并对主动控制技术的现状和前景进行了总结。     

压电板自适应独立模态控制初探

提出用分布式压电片组建模态传感器及作动器实现准独立模态控制的方法,为 结构的自适应控制提供了物质基础。结合自适应控制技术进一步进行了基于这种独 立模态控制策略的自适应振动控制实验研究,在压电板上取得了理想的控制效果。     

柔性压电智能反射面的静态形状控制

建立了柔性压电智能反射面系统的有限元模型和优化控制模型,给出了结构力学建模和形状控制方法以及相应的优化算法。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板;基于Kirchhoff假设和经典层合板理论,根据虚功原理推导了柔性压电智能反射面的有限元方程;采用蜂窝等效理论计算了反射面蜂窝夹芯等效弹性模量,有限元模型中的单元为四节点四边形压电板单元,每个作动器单元中引入额外的电势自由度。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形均方根误差与作动器控制电压的关系式;以均方根误差最小为优化目标,建立了柔性压电智能发射面的静态形状控制优化模型;采用Lagrange乘子法处理了压电作动器工作电压的限制。最后,用提出的方法分析已有模型并验证建模方法。以600mm口径的平面柔性智能反射面为例,验证了采用压电陶瓷贴片对反射面静态形状控制的可行性及优化算法有效性。仿真结果表明:通过控制压电陶瓷贴片作动器,可以使反射面的静态形状误差减小97%以上,而且作动器的控制电压均在极限电压范围内。     

分布参数压电层合梁的振动主动控制

建立了悬臂梁上粘贴一段压电陶瓷片实现振动控制的动力学方程,定义了压电层合梁的压电消耗功率,并针对悬臂梁这一分布参数控制系统,提出了确保控制系统闭环稳定的设计方法。最后通过数值算例证明了该方法的有效性。     

柔性自适应桁架结构的振动控制方法实验研究

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了空间柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究。通过加速度传感器测量位移的实验,建立了由dSPACE数据采集与处理系统、压电传感器、压电作动器、桁架结构和微机实时测控组成的实时计算机控制系统。基于自适应桁架结构的有限元理论,采用改进的二次积分力反馈控制方法,研究了空间柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题。通过正弦激励进行了实时控制实验,给出了控制前后节点18x方向的位移振幅抑制变化情况及功率谱响应曲线。实验研究结果表明,该控制方案对空间柔性结构的低频大幅振动有很好的控制效果。