智能梁压电致动器位置布置探讨

本文针对智能梁振动主动控制中,目前压电驱动器输出功率不足的缺点,通过振动模态理论和应变理论及观点,分析推导了智能梁中压电驱动器的最佳贴片位置,弥补了上述压电致动器的出力不足,提高了抑制控制效果,并通过实验验证了上述结论。     

柔性板压电作动器的优化位置与主动控制实验研究

对柔性悬臂板主动控制中作动器的优化位置进行研究,其中作动器采用压电形式,优化算法采用粒子群方法,指标函数采用基于能量的可控Gramian优化配置准则。仿真和实验结果显示,粒子群优化算法能够有效地对作动器的优化位置进行计算,尤其适用于多个作动器的位置优化问题,基于作动器最优位置的控制设计能够取得良好的控制效果。     

弹性连杆机构振动主动控制中作动器与传感器的位置优化

对机构振动主动控制中作动器和传感器位置的优化问题进行了研究。基于对连杆机构受控子系统能控度、能观度和剩余子系统能控度、能观度的分析,确定了能够综合反映主动控制器作动和检测能力及避免“溢出”的性能指标函数,建立了相应的优化模型,在此基础上,采用约束尺度法对该优化问题进行了求解。最后,通过算例说明了本文方法的可行性和正确性。     

振动控制传感器／作动器的数目和位置优化设计

提出一种确定传感器、作动器的数目和优化设计传感器、作动器位置的方法。以独立模态最优控制方法为基础,将模态控制力、作动器作动力和传感器测量的信号处理为随机变量,分别建立了模态控制力能量、作动器作动力能量的自相关矩阵的测量信号的能量自相关矩阵。进一步通过作动力能量的自相关矩阵的和测量信号的能量自相关矩阵包含的能量分别确定了作动器和传感器的数目。在此基础上,建立了基于控制系统作动力消耗能量最小和传感器测量信号能量最大,分别设计了控制系统的作动器和传感器的最优位置。通过数值算例证明了该方法的有效性。     

压电智能结构的一种模态控制新方法

提出了一个用于压电智能结构振动控制的模态控制方法。就智能梁给出了压电模态传感器与压电模态致动器的新设计方法以及相应的模态控制方法，并对相应的观测溢出与控制溢出问题进行了分析，给出了抑制这些溢出的措施。     

作动器／传感器配置优化的遗传算法应用

针对空间柔性结构,研究了振动主动控制中作动器/传感器的配置和控制器增益的全局优化问题。首先采用空间柔性结构的状态空间模型建立了以最大耗能准则为基础的目标函数,将优化问题归结为一个有约束的非线性优化问题,然后根据其特点,采用了一种十进制浮点数编码的遗传算法,并融合、设计了一些简单且优良的遗传操作,使得优化过程不依赖于初值,而且可以快速可靠地求得全局最优解。通过一个悬臂梁单点同位配置算例,证明了该算法的可行性和优越性。     

有源控制解耦中压电作动器位置优化

研究基于声辐射模态理论进行有源控制解耦中压电作动器的位置优化问题。以往的研究得出：只要四组作动器满足某种对称形式布置,就可以实现声辐射模态的有源控制解耦,但是满足对称性布置的四组作动器位置有无数个。在主动控制中,压电作动器的位置如何布置一直是个难题。论文以输入控制功率最小化为目标,对四组压电作动器的位置进行了优化。     

传感器优化布置的有效独立-改进模态应变能方法

针对经典的传感器优化布置方法 -有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的不足,引入新的模态应变能修正EI法,提出有效独立-改进模态应变能法(EI-IMSE)。考虑模态数目的影响,通过空间桁架塔结构数值研究与矩形截面空心铰支梁的实验验证,并经四种评价准则与既有的EI及其三种EI改进方法的对比研究,表明EI-IMSE法不仅保留EI法的优点,且具有良好的抗噪性和低阶模态识别的准确性。     

基于压电致动器的微动隔振平台系统

为实现微仪器隔振平台的自适应控制,对第三代压电致动器顶杆部件进行了改进,并将其直接应用于微隔振系统,隔振效果不是很理想。为此,对致动器进行了系统在线建模,从理论上分析了导致结果不理想的原因,给出了一种改进方法,通过理论建模分析和试验研究,结果表明:该方法虽然降低了致动器位移增益,但具有较好的隔振效果。     

遗传算法在结构振动主动控制中的应用研究

基于遗传算法，对简支梁振动主动控制的传感器/作动器位置优化问题，提出了一种以结构总储能量小为优化目标的数学模型，并编制了遗传算法软件包Ga205对此模型进行优化计算，结果表明，较之穷举法，用遗传算法解决感器/作动器进行位置优化问题是高效的，同时也是全局收敛的。     

书本式压电作动器的特性分析

在考虑粘接层影响的情形下，利用层合梁理论导出了柱形弯曲书本式压电作动器的作动力以及机电耦合系数的数学表达式，并通过数值仿真分析揭示了机电耦合系数与压电层层数、压电层厚度以及粘接层厚度间的关系。这些结果为书本式压电作动器的结构综合优化设计提供了理论基础。     

考虑粘贴效应和测量噪声的压电作动器/传感器优化配置

针对柔性结构振动主动控制中的作动器/传感器配置问题,提出了一种在考虑粘贴效应和测量噪声情况下的优化配置方法.首先,在一定条件下,把配置位置有限化;然后利用卡尔曼分离原理,先进行作动器配置,在此基础上进行传感器配置,而不必同时进行优化配置,从而减少了优化计算量,并给出在测量噪声情况下的最优配置结果.柔性梁数值仿真结果表明该方法的有效性和快速性,也同时给出了非同位配置结果,与以往配置结果相比尤其是传感器位置有一定的改变.     

基于布局优化的压电分流阻尼抑振实验研究

建立了带压电分流阻尼系统的四边固支正方形弹性薄板振动控制的实验模型。针对其前五阶模态振动响应的抑制问题,以压电元件存储的电能最大化为优化目标,对采用多个压电元件的压电分流阻尼系统进行了布局优化分析。将压电元件布局优化后的压电分流阻尼系统应用于弹性薄板的多阶模态振动响应的抑制实验,分别研究了不同压电元件数量和布局对抑振效果的影响。在压电分流阻尼抑振实验中,与分流电路开路时相比,电路闭路后弹性薄板的频响函数在对应的模态频率处的幅值分别降低了11.90dB、16.94dB、16.94dB、19.91dB和16.77dB,说明经过布局优化后的压电分流阻尼系统使弹性薄板的前五阶稳态响应都得到了很好的抑制。同时也进行了非优化布局的压电分流阻尼抑振实验,实验结果对比表明,对压电元件进行布局优化可以明显提高压电分流阻尼系统的抑振效果。     

并置压电传感／作动器的最优配置及反馈增益研究

提出了一种改进的模拟退火算法,对应用离散分布压电智能传感/作动器进行柔性结构振动控制的一体化全局最优配置问题作了研究。首先,给出了压电陶瓷作动器对结构产生激励的频响函数;其次,对并置的直接速度反馈控制方法,以主动控制后系统所贮存的总能量为目标函数,对压电陶瓷作动器的安放位置及反馈增益,以改进的模拟退火算法进行优化,可方便地获得全局最优解;最后以悬臂梁为例,分别给出了单点并置问题和多点并置问题的最优配置,验证了该方法的有效性。     

机敏杆压电扭转驱动器／传感器优化布置

提出一种由薄壁杆、压电扭转驱动器、压电传感器组成的机敏杆,针对机敏杆扭转振动控制中驱动器/传感器优化配置问题,对机敏杆的扭转振动进行了深入的研究,采用拉格朗日方程和假设模态法推导了机敏杆系统的动力学方程,建立了系统的状态空间表达式.将机敏杆划分为若干个位置单元,选取主动控制器的最大耗能作为优化准则,运用遗传算法获得了压电扭转驱动器/传感器的最佳配置位置及最优反馈增益.结果表明:所获得的最优位置、反馈增益是合理的,将驱动器/传感器同位配置在最优位置并实施相应的闭环最优控制,主动控制器的耗能最大,并能有效抑制机敏杆的扭转振动.     

基于系统模态的作动器优化配置

文章提出一种优化方法,该方法首先利用FEM方法对结构系统进行模态分析,从中提取与振动源相关的主要模态,然后通过对模态特征向量和特征频率进行重组,得到只包含待控模态的系统状态空间方程,再建立系统振动能量最大的优化目标函数,最后通过固定外载荷力对目标函数进行计算得到作动器分布的最佳位置.算例验证结果表明该方法可以结合FEM方法方便地获得作动器的最佳位置.     

压电智能结构振动控制中执行元件最优位置的选择

采用模态分析及控制理论,确定了定量度量模态对贮存在结构中能量积分贡献的方法。利用奇异值分解技术确定了定量度量模态可控程度的方法。以压电智能结构振动控制效果为目标,将两个度量指标加权结合,构造了一种新的度量压电智能结构可控程度的指标,并以此为选择压电执行元件最优位置的依据。最后给出数值示例说明文中方法的有效性     

电磁辅助压电致动器设计开发与性能测试研究

传统的压电致动器,受限于压电致动的小行程,通常只能测量较小的范围。研发了一种电磁辅助压电致动器,同时具备电磁式致动器长行程与压电式致动器高分辨率的特点,该致动器包含可动件、导引槽、挠性件、电磁铁、压电元件以及控制电路。首先调整挠性可调预压装置并设定电磁铁电流,使得电磁致动力处于最大静摩擦力与动摩擦力之间;再利用压电组件所产生的微震动,控制可动件与导引槽之间的接触情况在静摩擦与动摩擦之间切换,从而完成长行程(10mm)且高分辨率(1.5μm)的往复运动。实验结果表明该致动器具备出色的定位能力。     

电液伺服阀用压电弯曲元件特性的实验研究

研制了一种压电弯曲元件型压电驱动器,该驱动器用于电液伺服阀的电-机械转换器.压电驱动器由三层结构构建,其中中间弹性层为铍青铜,在铍青铜的上下表面各粘接一片压电晶片,材料为PZT-5H.利用激光测微仪LC-2400A及LV-1610对压电驱动器的输出位移、位移滞环及谐振频率进行了实验测量,分析了压电驱动器尺寸与其特性之间的关系.实验结果表明,该驱动器满足所设计电液伺服阀的性能要求.