壓電智能結(jié)構(gòu)分析的新方法研究.pdf

1、壓電智能結(jié)構(gòu)在航空航天、精密儀器、微型機電系統(tǒng)及土木工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，屬于減災(zāi)防災(zāi)的前沿問題。目前對壓電智能結(jié)構(gòu)分析方法與設(shè)計理論的研究還存在一些不足。本文研究壓電智能結(jié)構(gòu)分析的新方法，主要內(nèi)容包括三部分：(1)壓電智能梁性能分析；(2)壓電智能結(jié)構(gòu)變形最優(yōu)控制；(3)壓電智能粱振動主動控制。建模方法采用智能樣條有限點法和智能QR法；變形最優(yōu)控制算法采用一階優(yōu)化算法；振動主動控制算法采用樣條加權(quán)殘數(shù)法。算例結(jié)果證明了本文方法

2、的正確性和有效性。本文取得的研究成果不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，而且具有非常重要的工程應(yīng)用意義。 本文的主要工作如下： 1、壓電智能梁性能分析的新方法。以智能梁理論為基礎(chǔ)，利用智能樣條有限點法建立壓電智能梁性能分析模型，用C語言編制了壓電智能梁性能分析的計算程序，并計算了大量算例。主要內(nèi)容包括：(1)純壓電梁性能分析；(2)雙壓電晶片梁傳感與驅(qū)動性能分析；(3)壓電智能層合梁性能分析。通過分析得出了影響壓電智能梁傳感與驅(qū)動性

3、能的內(nèi)在因素，即壓電智能材料的材料屬性，為壓電驅(qū)動器與傳感器的選擇提供了參考依據(jù)。與解析解和有限元軟件ANSYS結(jié)果進行了比較，證明了本文方法的正確性和優(yōu)越性。 2、壓電智能梁變形最優(yōu)控制的新方法。利用智能樣條有限點法建立壓電智能梁變形最優(yōu)控制分析模型，采用一階優(yōu)化算法，用C語言編制了壓電智能梁變形最優(yōu)控制的計算程序，并進行了系統(tǒng)分析。主要內(nèi)容包括：(1)壓電驅(qū)動器位置優(yōu)化；(2)壓電驅(qū)動器尺寸優(yōu)化：(3)壓電驅(qū)動器層數(shù)優(yōu)化：(

4、4)壓電驅(qū)動器與傳感器布置形式優(yōu)化；(5)壓電智能梁變形閉環(huán)反饋最優(yōu)控制；(6)壓電智能梁變形靈敏度最優(yōu)控制；(7)壓電智能梁變形滿意控制。通過分析得出了壓電傳感器與驅(qū)動器的優(yōu)化設(shè)計方案，實現(xiàn)了考慮平整性要求和電壓約束的壓電智能梁變形最優(yōu)控制。算例結(jié)果說明了本文方法的正確性和有效性。 3、壓電智能框架變形最優(yōu)控制的新方法。以智能梁單元理論為基礎(chǔ)，利用智能QR法建立壓電智能框架變形最優(yōu)控制分析模型，采用一階優(yōu)化算法，用C語言編制了

5、壓電智能框架變形最優(yōu)控制的計算程序，并進行了系統(tǒng)分析。主要內(nèi)容包括：(1)壓電智能框架變形閉環(huán)反饋最優(yōu)控制。利用智能QR法建立智能框架變形控制的反饋增益控制方程，考慮平整性要求，考慮電壓約束，采用一階優(yōu)化方法求解最優(yōu)增益系數(shù)，實現(xiàn)了框架變形的閉環(huán)反饋最優(yōu)控制。(2)壓電智能框架變形靈敏度最優(yōu)控制。利用智能QR法建立智能框架變形控制的位移靈敏度矩陣，考慮平整性要求，考慮電壓約束，采用一階優(yōu)化方法求解最優(yōu)驅(qū)動電壓，實現(xiàn)了框架變形的靈敏度最優(yōu)

6、控制。算例結(jié)果說明了以上方法的正確性和優(yōu)越性。 4、壓電智能梁振動主動控制的新方法。利用智能樣條有限點法建立壓電智能梁振動主動控制分析模型，主動控制算法采用樣條加權(quán)殘數(shù)法，用C語言編制了壓電智能梁振動主動控制的計算程序，并進行箅例分析。主要內(nèi)容包括：(1)壓電梁自振特性分析。分析了壓電層開路與閉路狀態(tài)、壓電層厚度、壓電層覆蓋長度及壓電驅(qū)動器不同布置等因素對壓電粱自振特性的影響。(2)壓電梁振動控制。采用比例反饋控制規(guī)律，樣條加權(quán)

7、殘數(shù)法求解，實現(xiàn)了不同驅(qū)動器布置下壓電梁振動的有效主動控制。(3)壓電梁模態(tài)控制。采用獨立模態(tài)控制規(guī)律，基于壓電驅(qū)動器位置優(yōu)化的最大模態(tài)力準(zhǔn)則，樣條加權(quán)殘數(shù)法求解，實現(xiàn)了對壓電梁前六階振動模態(tài)的有效控制。算例結(jié)果證明了本文方法的正確性和有效性。 本文的分析方法和所得結(jié)論為以下研究提供有力的分析工具和有益的參考：智能材料科學(xué)研究與應(yīng)用、智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制研究與應(yīng)用；航天航空領(lǐng)域空間站、飛行器、太空天線等的變形控制研究與應(yīng)用：微型電子