智能結(jié)構(gòu)振動主動控制理論及實驗研究.pdf

1、隨著航空、微電子機械等高新技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)構(gòu)向大型化發(fā)展，振動環(huán)境也越來越復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計將會很困難，結(jié)構(gòu)振動控制已經(jīng)成為現(xiàn)代工程技術(shù)的重大課題之一，對結(jié)構(gòu)的變形和擾動進(jìn)行抑制的智能主動控制已受到工程界和理論界的高度重視。在這些結(jié)構(gòu)中，快速操作或環(huán)境溫度變化常引起結(jié)構(gòu)形狀的改變和振動。為滿足結(jié)構(gòu)的高可靠性的需要，傳統(tǒng)的被動控制技術(shù)難以滿足要求,迫使人們進(jìn)一步尋求新的振動控制途徑。振動主動控制是當(dāng)前振動工程領(lǐng)域內(nèi)的高新技術(shù)

2、,是動力學(xué)、控制、計算機、測試技術(shù)與材料科學(xué)等諸多學(xué)科的綜合。由于它具有效果好、適應(yīng)性強等潛在的優(yōu)越性,目前已成為國內(nèi)外振動工程界的研究熱點,并在航空航天、土木建筑、車輛工程及機械工程等領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。因此,開展振動主動控制方法的研究,對促進(jìn)振動主動控制理論的發(fā)展和提高工程抗震技術(shù)的水平有著重要的理論意義和實用價值。
　　由于壓電材料具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，既可以作為作動器又可以作為傳感器，它常常粘貼于主體結(jié)構(gòu)的表面或嵌埋

3、入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，以形成壓電主動結(jié)構(gòu)。實踐證明，壓電主動控制具有高效率控制和自適應(yīng)性的優(yōu)點，近年來引起了人們的極大興趣。
　　本文結(jié)合有限元方法，研究了壓電結(jié)構(gòu)的主動控制，研究內(nèi)容主要包括有限元建模、對模型進(jìn)行有限元分析、主動控制方法、主動控制仿真及實驗等方面。具體的主要研究內(nèi)容如下：
　　在壓電方程基礎(chǔ)上，基于Hamilton原理，由Kirchhoff假定，以結(jié)構(gòu)的中性
　　面為參考面，采用4節(jié)點壓電板單元建立了主動結(jié)構(gòu)模

4、型的動力學(xué)方程。
　　基于壓電板單元的研究，用商業(yè)有限元軟件PATRAN/NASTRAN對板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模和動力學(xué)分析。
　　隨后由于主振型具有正交性，對動力學(xué)方程采用坐標(biāo)變換，在滿足工程精度的前提下，采用低階模態(tài)作為向量基，而將高階模態(tài)截斷，對其進(jìn)行解耦。
　　針對解耦后的方程和有限元軟件分析所得的結(jié)果研究了直接負(fù)速度反饋和魯棒性比較好的基于LQR（二次線性最優(yōu)控制）獨立模態(tài)控制方法，來控制結(jié)構(gòu)的振動。
　

5、　為了驗證上述振動控制方法的有效性，采用NASTRAN與MATLAB聯(lián)合仿真的方法，結(jié)合數(shù)值算例，得出主動控制前后的響應(yīng)并做出了曲線。通過仿真結(jié)果可以看出，采用壓電結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動控制對振動抑制是有效果的。
　　最后，為了進(jìn)一步實驗驗證本文方法的正確性，采用MATLAB的xPC實時控制方法，進(jìn)行了主動板的振動控制實驗，并與相應(yīng)的仿真結(jié)果進(jìn)行了對比。從對比結(jié)果可知實驗結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果是吻合的。此外研究表明本文的xPC實時控制方法對結(jié)構(gòu)