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。     

智能结构中压电材料厚度的设计

研究了在振动控制中压电元件和主结构体之间厚度的匹配关系。通过对智能复合材料的分析,得出了对称粘贴、功能不对称的压电元件所感受的有效弯矩,给出了压电元件产生最大弯矩时的最佳厚度,并讨论了材料弹性模量的影响。     

压电陶瓷用于智能梁结构的振动控制研究

从理论和实验两方面分析了利用压电作动器进行柔性梁结构振动主动控制的机理,建立了相应的实验系统,得出了智能梁结构的振动位移和驱动电压及传感电压之间的关系。实验中采用直接负反馈和趋势预测反馈控制方法,对智能梁结构进行了有效的振动主动控制,得到了良好的效果。     

智能柔性结构振动主动控制中枢驱动器的最优配置

从振动主动控制系统的振动能量和控制能量的角度出发,应用最优控制理论,对智能柔性结构振动主动控制中驱动器的最优配置策略进行了研究,给出了相应的控制规律。为了获得最佳的控制效果,引入了改进的基因遗传（ＧＡ）算法,并以悬臂梁为例,讨论了压电驱动器的位置,数量,配置方式以及控制增益对智能柔性结构振动主动控制效果的影响,为智能梁的结构设计奠定了理论基础。     

含多个压电元件智能悬臂梁的横向振动特性

本文以含多个压电元件的悬臂梁为例,基于Bernoulli-Euler梁的阶梯折算法,结合压电智能悬臂梁段的等效弹性模量理论,计算了多个压电元件的悬臂梁的固有频率和振型,并与有限元和等截面梁的计算结果进行比较。计算分析表明,压电材料尺寸和位置变化对智能悬臂梁结构的横向振动特性具有显著的影响,分析结论对高速飞行器结构设计和主动振动控制中压电元件的优化布置有实用价值。     

智能柔性结构振动主动控制中驱动器的最优配置

从振动主动控制系统的振动能量和控制能量的角度出发,应用最优控制理论,对智能柔性结构振动主动控制中驱动器的最优配置策略进行了研究,给出了相应的控制规律。为了获得最佳的控制效果,引入了改进的基因遗传（ＧＡ）算法,并以悬臂梁为例,讨论了压电驱动器的位置、数量、配置方式以及控制增益对智能柔性结构振动主动控制效果的影响,为智能梁的结构设计奠定了理论基础。     

空间柔性天线展开臂的半主动振动控制研究

大型柔性天线展开臂结构由于其尺寸大,阻尼和刚度小,其振动呈现明显的低频特性,且很难在短时间内迅速衰减,从而影响天线工作性能。传统的被动控制大都采用阻尼材料,通过增加阻尼的方法来进行控制,这种控制方法对低频柔性结构的控制效果是有限的。因此研究带负载的复合材料柔性展开臂结构的振动抑制问题,提出用压电元件粘贴在展开臂结构表面作为传感器和驱动器,用基于同步开关阻尼技术的自适应半主动振动控制方法控制压电驱动器,从而对展开臂结构实现振动控制。完成了展开臂模型的建立和仿真分析,建立了展开臂结构的开关阻尼半主动控制试验平台,设计并制作了控制电路,针对需要控制的结构一阶弯曲模态进行压电元件的合理布设。对不同激励下的振动进行了展开臂结构的控制试验,试验结果显示该方法对带负载柔性天线展开臂结构的振动具有良好的抑制效果,对于初始位移为100 mm的瞬态激励振动工况,受控系统等效阻尼比由0.6%增加至4.03%;对于稳态振幅为50 mm的稳态振动工况,系统控制后结构端部振动幅值降低至10 mm,稳态振动幅值降低了16.843 dB。在大型柔性结构中具有非常好的应用前景。     

柔性智能桁架结构的独立模态空间控制方法实验研究

针对空间柔性智能桁架结构 ,进行了实验室控制仿真。实验基于最优控制理论 ,采用独立模态空间控制方法设计了空间柔性智能桁架结构的振动主动控制规律。通过测量加速度 ,进行了柔性智能桁架结构的实时振动主动控制实验。实验结果表明该控制使被控模态阻尼比增加 ,频响函数的幅值衰减较大 ,有较明显的控制效果     

压电材料与智能结构在振动控制中的研究与前景展望

智能结构具有自诊断、自适应特性,越来越多地应用于航天结构、机器人、高精度光学系统等方面.压电材料具有正、逆压电效应,既可以作为作动器又可做传感器,因而常被应用于智能结构.基于压电材料的特点介绍了振动控制方法,对目前智能结构在振动控制领域的应用现状进行了回顾,最后指出了今后需要解决的主要问题.     

压电振动系统的神经网络建模和预测研究

本文应用MATALB／XPC实时仿真工具测量了贴有压电元件的复合材料薄壁结构的振动响应。并对其进行神经网络的离线建模和预测。比较了几种网络的优缺点。选择了引进外部反馈的前向BP网络作为非线性系统建模的方法，有望推广用于智能结构的健康监测和振动主动控制。     

智能材料结构的振动抑制

目前热门研究的智能材料结构是将材料构件与传感元件，致动元件结合成一个整体。传感元件作为信号传输与神经系统，使复合材料具有视觉和神经系统，致动件作为局部或整体的致动器完成在役时的自适应功能，形状记忆合金是智能结构最选应用的驱动元件。本文就形记忆合金作为分散致动器埋入或粘贴在结构上，利用其特殊的力学性能和物理性能，改变结构的自振频此，抑制结构振动的研究作了介绍。     

基于自适应遗传算法分步优化设计智能桁架结构自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究不依赖于模型的自抗扰控制技术在智能桁架结构振动主动控制中的应用,建立自抗扰振动控制器的一般框架。就自抗扰振动控制器参数较多,手工整定比较繁琐这一问题,提出基于自适应遗传算法对其进行分步优化设计的思想。最后,对区间参数102杆三棱柱智能桁架结构进行自抗扰主动振动控制仿真研究。结果表明,基于分步优化设计思想优化设计的自抗扰振动控制器首先保证了扩张状态观测器具有优秀的观测性能,从而最终保证了自抗扰振动控制器的"自抗扰"能力;优化设计的自抗扰振动控制器对结构参数的不确定性和不确定外扰都具有很强的鲁棒性,适合于空间智能桁架结构的主动振动控制。     

智能结构在厚壁梁振动控制中的应用研究

首先介绍了利用智能结构进行厚壁梁振动控制基本原理,然后具体分析了厚壁梁振动智能控制系统的组成,并详述了厚壁梁振动智能控制系统的实验。结果表明利用压电智能材料进行厚壁梁振动智能控制是可行的。     

用钢丝绳减振器控制结构振动

用弹塑性或干摩擦元件控制结构振动，可以保证在小激励下结构保持正常的钢度与稳定，而在大激励时，由于塑性变形或滑动，限制构件受力过载，避免损害，故在近年来的抗震结构设计中颇多应用。缺点是弹塑性变形与干摩擦均难控制，变形后也难以复原。本文探讨用钢丝绳减振器取代弹塑性或干摩擦减振元件，通过实验研究，证明了钢丝绳减振器具有与弹塑性或千摩擦元件相似的动态特征，可以用来减小结构振动。对钢丝绳减振器之性能识剐与描述进行了研充。     

基于压电自感减振器的振动控制研究

针对压电材料作为减振器来减少振动的实用性问题,对智能材料作为传感元件及驱动元件技术应用到压电自感减振器进行了研究,建立了压电自感减振器的模型,对自感反馈的效果以及对智能结构振动的控制进行了评价,提出了改变压电自感减振器模型的电容值来改变固有频率,以及改变模型的阻尼比来为自感提供反馈,并通过实验分析了压电自感减振器对振动的控制。研究结果表明,该系统能很好地实现自感反馈的效果,以及对智能结构振动的控制。     

基于自寻最优控制方法实现结构振动主动控制

从振动主动控制设计思想出发,基于自寻最优控制的基本原理,对采用这一控制方法实现结构振动响应主动控制进行了研究。在此基础上,开发了以计算机及高速数据采集板为核心的数据采集、处理和自适应控制系统,对一压电机敏刚架结构进行了振动主动控制实验,取得了良好的抵消振动效果。     

FXLMS算法用于压电柔性结构多通道振动控制

以模拟太空帆板的压电机敏柔性结构为实验模型,针对结构振动响应主动控制技术需求,着重分析了多通道自适应滤波前馈控制方法及其FXLMS算法实现,以及受控通道模型参数辨识策略,并给出了详细的控制器设计结构图.针对实验模型对象设计、结构模态特性分析、压电元件优化配置、实验平台开发构建、相关软硬件测控环境、实验过程描述与结果分析验证,给出了研究思路与方法过程分析;进行了结构振动响应多通道主动控制实验并取得了良好的控制效果.结果表明,该控制器结构设计与自适应算法有效,为航天柔性结构振动响应分布式多通道控制提供了方法探索思路.     

机电一体化中的智能结构

本文介绍了机电一体化发展的一条重要思路—智能结构的引入.阐述了智能结构的定义,并从技术集成的角度,对基于智能结构的机电一体化中的若干关键共性技术进行了分析和论述,分析了当前的技术状态和最新进展,提出了若干发展思路.     

起吊设备监视系统减振结构设计

根据起吊设备实际应用情况,结合振动控制原理,设计了起吊设备监视系统的减振结构——BS组合防振悬挂结构。通过振动分析和计算确定了各元件的参数,并进行了动力学仿真;论文最后对所设计的减振结构进行了振动检测和分析试验。仿真分析及试验结果表明,本文所设计的防振结构,能够很好的适应工程实际中起吊设备监视系统的应用场合,隔振效果良好。     

智能结构研究的进展与应用

综合评述了智能结构研究的进展与应用，主要内容包括：智能结构研究二十年的发展；智能结构传感器，致动，主动控制与智能材料集成四大关键技术；以及智能结构在航天，航空工程中的应用。