壓電智能柔板振動(dòng)響應(yīng)自適應(yīng)控制研究及振形可視化技術(shù).pdf

1、智能結(jié)構(gòu)代表著21世紀(jì)材料與結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個(gè)新方向，特別在振動(dòng)主動(dòng)控制中具有非常誘人的前景，目前已成為振動(dòng)工程界的研究熱點(diǎn)。主動(dòng)減振智能結(jié)構(gòu)是智能材料結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容之一，它利用埋入結(jié)構(gòu)中的傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)水平，根據(jù)一定的控制規(guī)律去實(shí)時(shí)控制埋入結(jié)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)器以改變結(jié)構(gòu)的振動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到自適應(yīng)抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的目的。從而提高了結(jié)構(gòu)的性能和安全性，延長(zhǎng)了其使用壽命。這一研究不僅在航空航天領(lǐng)域，而且在國(guó)防和民用的其它眾多領(lǐng)域也有著極其重要的

2、意義和廣闊的應(yīng)用前景。 壓電元件具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，在智能結(jié)構(gòu)中既可用作傳感器也可用作驅(qū)動(dòng)器，從而實(shí)現(xiàn)了傳感元件與驅(qū)動(dòng)元件的統(tǒng)一。本文以航天柔性結(jié)構(gòu)如太陽(yáng)能帆板為理想應(yīng)用目標(biāo)，基于壓電元件構(gòu)建主動(dòng)減振智能結(jié)構(gòu)對(duì)象和綜合測(cè)控系統(tǒng)，將控制理論與技術(shù)、自適應(yīng)信號(hào)處理方法、計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)、結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論和壓電材料學(xué)結(jié)合起來(lái)，對(duì)基于自適應(yīng)控制策略的智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行了理論方法、實(shí)現(xiàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究。全文可

3、以概括為機(jī)敏材料特性與分析、基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的自適應(yīng)濾波控制策略、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)技術(shù)開發(fā)、實(shí)驗(yàn)分析與驗(yàn)證，以及振形感知與重建可視化五個(gè)部分，所做的主要工作和貢獻(xiàn)如下： (1)模擬航天器太陽(yáng)能帆板結(jié)構(gòu)，以一個(gè)柔性懸臂板結(jié)構(gòu)作為受控對(duì)象，結(jié)合自適應(yīng)控制系統(tǒng)開發(fā)，形成了一套智能結(jié)構(gòu)自適應(yīng)抑振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；(2)分析了壓電元件的基本原理和性能；(3)運(yùn)用有限元模態(tài)分析方法對(duì)受控系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)特性分析，以此作為智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的傳感/驅(qū)動(dòng)網(wǎng)

4、絡(luò)配置指導(dǎo)準(zhǔn)則；(4)推導(dǎo)并探討了結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的基本原理與策略；(5)深入研究了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的自適應(yīng)濾波控制理論及其自適應(yīng)算法。明確提出了這一方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于其控制修正速率高、對(duì)非平穩(wěn)響應(yīng)適應(yīng)能力強(qiáng)并能夠較快地跟蹤結(jié)構(gòu)參數(shù)及外擾響應(yīng)的變化。(6)研究了受控結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)建模方法，引入了采用最小均方算法的模型通道在軌辨識(shí)策略。(7)開發(fā)了基于DSP測(cè)控核心和Visual C++軟件平臺(tái)的壓電智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)自適應(yīng)控制系統(tǒng)。(8