壓電智能桁架的最優(yōu)控制及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、壓電材料是一種具有機(jī)電耦合特性的特殊功能材料，可以通過壓電效應(yīng)將機(jī)械信號(hào)和電學(xué)信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，將壓電元件粘貼在結(jié)構(gòu)表面或嵌入結(jié)構(gòu)內(nèi)部可組成智能結(jié)構(gòu)。壓電元件既能作傳感器又能作驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)中傳感元件與作動(dòng)元件的統(tǒng)一。以壓電材料作為傳感、驅(qū)動(dòng)元件的智能結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制，已經(jīng)成為振動(dòng)控制的熱點(diǎn)。 本文的內(nèi)容主要包括： (1)在大量閱讀國內(nèi)外參考資料的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)研究內(nèi)容進(jìn)行了綜述。介紹了壓電智能結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，給出

2、了相關(guān)的理論公式，這也是本文研究的理論基礎(chǔ)。概括介紹了最優(yōu)控制的基本理論，尤其是最優(yōu)控制中的二次型最優(yōu)控制，這也是本文主要的研究方法； (2)對(duì)壓電智能桁架結(jié)構(gòu)的綜合性能進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了含有壓電作動(dòng)器智能桁架結(jié)構(gòu)的機(jī)電耦合有限元方程，并將其轉(zhuǎn)化成壓電桁架振動(dòng)控制方程，從而建立了壓電智能桁架的LQR控制的狀態(tài)空間方程和LQR控制器； (3)在JIFEX中進(jìn)行了壓電桁架結(jié)構(gòu)有限元分析，得到了最優(yōu)控制中的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和

3、電壓控制矩陣，編寫了控制求解器和JIFEX程序的接口模塊，采用了基于精細(xì)積分法的高精度LQR控制求解器程序?qū)ι鲜鰤弘娭悄荑旒艿臓顟B(tài)空間方程進(jìn)行了求解，實(shí)現(xiàn)了壓電智能結(jié)構(gòu)的最優(yōu)控制； (4)通過對(duì)空間20桿和72桿壓電桁架的算例分析，表明了采用本文方法可以使壓電結(jié)構(gòu)的振動(dòng)得到有效的抑制。同時(shí)也討論了不同Q，R值對(duì)結(jié)構(gòu)控制的影響：即增加Q值可以加快控制速度，增加R值可以減少能量消耗； (5)已有的研究表明，在作動(dòng)器數(shù)目和能量