含集中參數(shù)壓電智能梁振動特性及其主動控制.pdf

1、為了研究船舶與海洋結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)及其減振降噪問題，將艦船上桅桿、螺旋槳尾軸及海洋風力發(fā)電機等具有相似特性的典型結(jié)構(gòu)簡化成具有集中參數(shù)（集中質(zhì)量和集中剛度）的等直彈性梁這一力學(xué)模型。針對這一模型，首先研究了其自由振動特性，為實際結(jié)構(gòu)的避振設(shè)計提供一些有益參考;其次，為了進一步研究結(jié)構(gòu)受到外界激勵時振動響應(yīng)的控制問題，通過在梁的上、下表面粘貼壓電材料形成作動器和傳感器，得到了含有集中質(zhì)量和集中剛度的壓電智能梁模型，進而對其展開振動主動控制研

2、究。
　　基于Laplace變換法，針對典型邊界條件，推導(dǎo)了含有任意集中質(zhì)量與集中剛度（彈性支撐）的彈性歐拉梁彎曲振動的固有頻率方程及振型函數(shù)的解析表達式，重點結(jié)合含有集中質(zhì)量與集中剛度的懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過解析計算和實驗驗證系統(tǒng)地討論了集中質(zhì)量和集中剛度的大小以及它們在梁上的位置對懸臂梁固有特性的影響。
　　將壓電作動器的作用力轉(zhuǎn)化為一個集中力矩，推導(dǎo)了含有集中質(zhì)量與集中剛度的壓電智能梁的壓電控制方程和傳感方程的解析表達式;基

3、于經(jīng)典Bernoulli-Euler梁理論和Hamilton原理，考慮壓電材料的機電耦合效應(yīng)，推導(dǎo)了二結(jié)點壓電層合梁有限單元模型，得到了結(jié)構(gòu)的壓電控制方程和傳感方程的有限元形式。分別采用LQR、LQG和獨立模態(tài)空間控制算法設(shè)計控制器，對含有集中參數(shù)的壓電智能梁的振動響應(yīng)進行了主動控制數(shù)值模擬;對比分析了LQR和LQG控制算法的適用性和有效性;探討了集中質(zhì)量和集中剛度的位置對懸臂梁整體振動響應(yīng)量級的影響和對反饋控制效率的影響;為船體上相應(yīng)