智能結構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發(fā)展的需要，結構向大型化發(fā)展，振動環(huán)境也越來越復雜，使用傳統(tǒng)的結構動力學設計將會很困難，結構振動控制已經成為現(xiàn)代工程技術的重大課題之一，對結構的變形和擾動進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。在這些結構中，快速操作或環(huán)境溫度變化常引起結構形狀的改變和振動。為滿足結構的高可靠性的需要，傳統(tǒng)的被動控制技術難以滿足要求,迫使人們進一步尋求新的振動控制途徑。振動主動控制是當前振動工程領域內的高新技術

2、,是動力學、控制、計算機、測試技術與材料科學等諸多學科的綜合。由于它具有效果好、適應性強等潛在的優(yōu)越性,目前已成為國內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域得到了初步應用。因此,開展振動主動控制方法的研究,對促進振動主動控制理論的發(fā)展和提高工程抗震技術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和逆壓電效應，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構的表面或嵌埋

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

4、型的動力學方程。
　　基于壓電板單元的研究，用商業(yè)有限元軟件PATRAN/NASTRAN對板結構進行有限元建模和動力學分析。
　　隨后由于主振型具有正交性，對動力學方程采用坐標變換，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，對其進行解耦。
　　針對解耦后的方程和有限元軟件分析所得的結果研究了直接負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，來控制結構的振動。
　

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，結合數(shù)值算例，得出主動控制前后的響應并做出了曲線。通過仿真結果可以看出，采用壓電結構進行主動控制對振動抑制是有效果的。
　　最后，為了進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，進行了主動板的振動控制實驗，并與相應的仿真結果進行了對比。從對比結果可知實驗結果與數(shù)值仿真結果是吻合的。此外研究表明本文的xPC實時控制方法對結構