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智能悬臂梁压电片布置与振动主动控制技术的研究

作　者: 俞洁
导　师: 朱灯林
学　校: 河海大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 智能悬臂梁压电传感器压电致动器主动振动控制
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 385次
引　用: 8次
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内容摘要

压电材料作为一种新型的智能材料,以其良好的机电耦合特性,在结构主动振动控制领域得到了广泛应用。本文以压电悬臂梁振动系统为研究对象,利用压电材料的正、逆压电效应,分析了压电片和悬臂梁之间的相互耦合关系,建立了压电悬臂梁的机电耦合动力学模型和基于闭环控制系统的状态方程,并研究了反馈控制增益、压电片位置及压电片长度对柔性梁振动控制性能的影响,获得了反馈控制增益、压电片位置、压电片长度与振动能量、控制能量的关系曲线,为压电智能悬臂梁的振动控制系统的设计提供了依据。在此基础上,本文进一步研究了同位布置多对压电传感/致动元件的悬臂梁关于压电传感/致动单元对的布置、长度和控制增益的优化设计模型,并利用MMA(the method of moving asymptotes)算法对压电片的位置、尺寸和控制增益进行了优化计算。最后,搭建了压电悬臂梁结构主动振动控制的实验平台,对理论分析结果进行了验证。

全文目录

第一章绪论  9-15
  1．1 智能结构的产生背景  9-10
  1．2 智能结构综述  10-12
    1．2．1 智能结构的定义  10
    1．2．2 智能结构的组成  10-11
    1．2．3 压电智能结构  11-12
  1．3 压电主动控制技术现状及发展  12-14
    1．3．1 压电振动控制方法  12
    l．3．2 压电振动主动控制的发展及应用  12-14
  1．4 本文的研究内容  14-15
第二章压电材料及其特性  15-22
  2．1 压电材料简介  15
  2．2 压电材料的性质  15-21
    2．2．1 与材料性质有关的物理量和常数  15-17
    2．2．2 压电材料的基本性质  17-18
    2．2．3 压电陶瓷的压电效应  18-19
    2．2．4 压电方程  19-21
  2．3 本章小结  21-22
第三章压电智能悬臂梁的主动振动控制  22-36
  3．1 压电智能悬臂梁结构的耦合分析  22-29
    3．1．1 梁振动的动力学分析  22-24
    3．1．2 压电智能悬臂梁的传感与致动方程  24-27
    3．1．3 压电智能悬臂梁的状态方程  27-29
  3．2 压电智能悬臂梁振动控制器的设计  29-30
  3．3 压电片布置对控制性能的影响  30-34
    3．3．1 计算、仿真数据  30
    3．3．2 结果分析  30-33
    3．3．3 仿真曲线图  33-34
  3．4 本章小结  34-36
第四章压电片布置与尺寸优化设计  36-49
  4．1 多压电片悬臂梁结构的耦合分析  36-39
    4．1．1 多压电片悬臂梁的传感与致动方程  36-37
    4．1．2 多压电片悬臂梁的状态方程  37-38
    4．1．3 多压电片悬臂梁振动控制器的设计  38-39
  4．2 优化设计准则与数学优化模型  39-42
    4．2．1 优化设计准则  39-40
    4．2．2 数学优化模型  40
    4．2．3 目标函数及相关导数的计算  40-42
  4．3 MMA移动渐进算法  42-46
    4．3．1 MMA算法推导  42-44
    4．3．2 MMA子问题  44-46
    4．3．3 MMA算法流程图  46
  4．4 实例计算  46-48
  4．5 本章小结  48-49
第五章压电结构振动主动控制实验研究  49-55
  5．1 实验原理及实验装置  49-50
  5．2 实验仪器  50-51
  5．3 实验结果分析  51-54
    5．3．1 初始扰动下的瞬态振动响应控制实验  51-52
    5．3．2 持续激励下的稳态振动响应控制实验  52-54
  5．4 本章小结  54-55
第六章总结与展望  55-57
  6．1 全文工作的总结  55
  6．2 今后研究方向和研究内容展望  55-57
参考文献  57-60
附录  60-66
致谢  66

智能悬臂梁压电片布置与振动主动控制技术的研究

内容摘要

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