圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)功率流主動(dòng)控制研究.pdf

1、主動(dòng)控制是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,設(shè)計(jì)實(shí)施振動(dòng)控制時(shí),需根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)及工況環(huán)境和對(duì)控制效果的期望選擇合適的控制方式、算法和策略才能使效益最大化。本文主要以圓柱殼結(jié)構(gòu)為對(duì)象,以結(jié)構(gòu)振動(dòng)功率流為控制目標(biāo),從能量的角度對(duì)無限長圓柱殼、耦合壓電智能材料殼體和內(nèi)嵌形狀記憶合金殼體,進(jìn)行了結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的理論研究,最后對(duì)基于輸入功率流主動(dòng)控制的理論結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　文中首先以無限長圓柱殼結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,進(jìn)行了輸入殼體功率流的主

2、動(dòng)控制研究。用波動(dòng)法求解殼體動(dòng)響應(yīng),在波數(shù)域中將輸入殼體的總功率流轉(zhuǎn)化為控制力特征向量的二次型形式,使用哈密頓二次型前饋?zhàn)顑?yōu)控制法,求取最優(yōu)控制力的大小和相位信息。同時(shí)采用類似LQR算法的形式,在目標(biāo)函數(shù)中加入控制力特征向量二次項(xiàng),以期用較小的控制力獲得較為滿意的控制效果。
　　為驗(yàn)證所選控制方式及算法的合理性,文中接下來以輸入殼體的總功率流為目標(biāo)函數(shù),推導(dǎo)了基于外擾激勵(lì)力為參考信號(hào)的前饋迭代公式和以殼體位移、速度、加速度響應(yīng)為反

3、饋信號(hào)的反饋迭代公式。將兩種控制方式用于同一結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)主動(dòng)控制,并對(duì)控制效果及系統(tǒng)運(yùn)行效率進(jìn)行了比較。將牛頓迭代、遺傳算法和粒子群優(yōu)化算法等廣泛應(yīng)用的優(yōu)化算法,針對(duì)目標(biāo)函數(shù)的形式特點(diǎn)經(jīng)一定改進(jìn)后,應(yīng)用于最優(yōu)控制力特征值的求取,以使控制后輸入殼體的總功率流最小。
　　對(duì)于表面粘貼壓電片的殼體結(jié)構(gòu),在壓電片粘貼位置通過列寫微元各個(gè)方向力、力矩動(dòng)平衡方程,并使用Flügge殼體理論將平衡方程中的力和力矩用殼體響應(yīng)表示以得到表面粘貼壓

4、電片殼體的振動(dòng)方程。使用波動(dòng)解法將時(shí)域殼體響應(yīng)轉(zhuǎn)化至波數(shù)域中,結(jié)合振動(dòng)方程分析求解了耦合智能壓電材料圓柱殼結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)。根據(jù)功率流的定義求取了壓電片輸入殼體的功率流,進(jìn)而以輸入殼體的總功率流為控制目標(biāo)函數(shù),利用前面章節(jié)選取的控制方式及算法,進(jìn)行了智能壓電材料主動(dòng)控制圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)功率流研究。討論了壓電片軸向、周向粘貼位置,以及殼體周向模態(tài)對(duì)控制效果的影響。
　　形狀記憶合金(SMA)材料的楊氏模量會(huì)隨著溫度的變化而產(chǎn)生較大幅度改變

5、,將SMA管段插入圓柱殼中后,可利用這一特性對(duì)圓柱殼結(jié)構(gòu)中透射至SMA管段另外一側(cè)的傳播功率流進(jìn)行主動(dòng)控制。被控系統(tǒng)所受外擾激勵(lì)力為周向余弦線力,采用波動(dòng)解法分析了SMA管段插入后,不連續(xù)截面處結(jié)構(gòu)波的透射和反射情況。通過計(jì)算每支波攜帶的能量,討論了SMA插入管段對(duì)殼體結(jié)構(gòu)振動(dòng)功率流的主動(dòng)控制作用。
　　文章最后對(duì)圓柱殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)功率流主動(dòng)控制進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)測(cè)量獲得了圓柱殼結(jié)構(gòu)在兩個(gè)激振器作用下的輸入功率流,經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分