壓電柔性梁的振動(dòng)主動(dòng)控制研究.pdf

1、隨著航天航空技術(shù)的飛速發(fā)展，大型化、低剛度化和柔性化是各類(lèi)航天結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，柔性構(gòu)件越來(lái)越受到青睞，柔性構(gòu)件的彈性變形以及它的振動(dòng)問(wèn)題一直是研究的重點(diǎn)問(wèn)題。本文以柔性梁為研究對(duì)象，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)對(duì)柔性梁的振動(dòng)主動(dòng)控制進(jìn)行系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。 第一章，概述論文研究背景與意義，從柔性構(gòu)件的理論建模、振動(dòng)控制分類(lèi)、振動(dòng)主動(dòng)控制規(guī)律、智能材料及智能材料在致動(dòng)器和傳感器中的應(yīng)用等方面對(duì)柔性構(gòu)件振動(dòng)主動(dòng)控制的研究現(xiàn)狀

2、進(jìn)行綜述。最后闡述本文主要研究?jī)?nèi)容。 第二章，對(duì)柔性梁的振動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，建立了柔性梁彎曲振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)微分方程。對(duì)壓電材料的壓電方程及壓電應(yīng)用進(jìn)行闡述，利用壓電方程推導(dǎo)出壓電致動(dòng)器的彎矩方程。結(jié)合電阻應(yīng)變傳感器原理及材料力學(xué)，推導(dǎo)出電阻應(yīng)變傳感器輸出方程。最后，綜合壓電致動(dòng)器彎矩方程、傳感器輸出方程以及柔性梁動(dòng)力學(xué)微分方程，得到了壓電柔性梁的狀態(tài)空間表達(dá)式。 第三章，對(duì)壓電柔性梁振動(dòng)控制中的重要問(wèn)題——致動(dòng)器/傳感

3、器的優(yōu)化配置進(jìn)行了研究。結(jié)合第二章所得到的壓電柔性梁的狀態(tài)空間表達(dá)式，對(duì)致動(dòng)器和傳感器分別選用最小能量輸入及最大傳感器信號(hào)能量作為它們各自的配置優(yōu)化準(zhǔn)則，引入遺傳算法作為優(yōu)化計(jì)算方法，運(yùn)用遺傳算法對(duì)致動(dòng)器/傳感器的位置進(jìn)行了優(yōu)化配置。最后，進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化仿真，確定了致動(dòng)器/傳感器的最優(yōu)配置，將致動(dòng)器/傳感器配置于其他位置進(jìn)行數(shù)值仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較研究。 第四章，對(duì)壓電柔性梁振動(dòng)主動(dòng)控制的控制規(guī)律進(jìn)行研究。闡述線性二次型最

4、優(yōu)控制理論原理，并將其運(yùn)用于壓電柔性梁，運(yùn)用MATLAB在仿真環(huán)境下對(duì)振動(dòng)控制進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果證明了線性二次型最優(yōu)控制對(duì)于系統(tǒng)的有效性，同時(shí)仿真結(jié)果還驗(yàn)證了第三章關(guān)于致動(dòng)器/傳感器位置優(yōu)化配置的正確性。 第五章，組建壓電柔性梁振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件、軟件分別闡述，對(duì)第四章所設(shè)計(jì)的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了致動(dòng)器/傳感器位置優(yōu)化配置及線性二次型最優(yōu)控制理論應(yīng)用的正確性。 第六章，對(duì)