本文關(guān)鍵詞：基于光壓電混合驅(qū)動空間板殼結(jié)構(gòu)振動主動控制的研究

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【摘要】：利用智能結(jié)構(gòu)應(yīng)用于空間板殼結(jié)構(gòu)的振動控制已經(jīng)成為一個新的研究熱點。本文將鐵電陶瓷材料鑭改性鋯鈦酸鉛(lanthanum modified lead zirconate titanate簡稱PLZT)與壓電作動器結(jié)合起來,利用PLZT的非接觸激勵、產(chǎn)生的光電壓高、可遠程遙控與壓電作動器響應(yīng)速度快的優(yōu)點相結(jié)合,提出光壓電混合驅(qū)動的新型控制方法。本文將開展光壓電混合驅(qū)動應(yīng)用于空間板殼結(jié)構(gòu)振動主動控制問題的研究,為航天器板殼結(jié)構(gòu)的振動控制提供新的方法。在對PLZT電壓產(chǎn)生機理的研究基礎(chǔ)上,建立了光壓電混合驅(qū)動的等效電路模型,并推導(dǎo)出驅(qū)動電壓及應(yīng)變的數(shù)學(xué)表達式,并搭建實驗平臺對光壓電混合驅(qū)動的滯后性進行研究,通過與PLZT光電作動器的對比分析,證明了采用光壓電混合驅(qū)動的控制方法后可以解決PZLT的應(yīng)變滯后性問題。在滯后性分析實驗平臺的基礎(chǔ)上探究光壓電混合驅(qū)動的影響因素,研究作動器驅(qū)動電壓隨光照強度、壓電作動器的電極表面面積及壓電作動器的厚度改變的變化規(guī)律,并推導(dǎo)出壓電作動器等效電阻與壓電作動器電極表面面積及作動器厚度之間的關(guān)系式,在進行影響因素研究的同時,驗證了在不同光照強度情況下光壓電混合驅(qū)動數(shù)學(xué)模型的正確性。作動器的位置及幾何尺寸等參數(shù)的改變會影響作動器產(chǎn)生驅(qū)動力的大小,為了確定最優(yōu)的作動器構(gòu)型參數(shù)值,本文以開口圓柱殼為被控對象,對層合結(jié)構(gòu)進行動力學(xué)建模,并進行模態(tài)分析,以模態(tài)控制力的最大化為準則研究作動器構(gòu)型參數(shù)的優(yōu)化方法。本文研究了多片PLZT驅(qū)動的激勵策略,通過研究解決了PLZT受極化長度限制產(chǎn)生光電壓有限的缺點,并提高了驅(qū)動電壓的響應(yīng)速度。通過采用邏輯開關(guān)電路,利用控制器給電路發(fā)出控制信號控制電路各線路通斷的方法,使壓電作動器獲得較高的初始電壓,并使PLZT與壓電作動器在一個振動周期內(nèi)完成正反接實現(xiàn)全周期控制,并采用兩個PLZT分別與壓電作動器正反接的方法降低電荷損失量。最后通過懸臂梁主動振動控制實驗驗證了光壓電混合驅(qū)動控制方法的有效性。本文針對空間板殼結(jié)構(gòu)的振動控制問題,提出光壓電混合驅(qū)動的全新控制方法,對理論基礎(chǔ)進行了詳細的研究,并驗證了其在振動控制上的優(yōu)越性,為智能結(jié)構(gòu)在空間板殼結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的思路。
【關(guān)鍵詞】：智能結(jié)構(gòu) 光壓電混合驅(qū)動 空間板殼結(jié)構(gòu) 振動主動控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB535
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來源及研究背景及意義9-11
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究背景及意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-15
• 1.2.1 PLZT光電特性研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 PLZT在微驅(qū)動領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 PLZT在振動主動控制領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 國內(nèi)外文獻綜述的簡析14-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 數(shù)學(xué)模型的建立及滯后性分析17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 PLZT數(shù)學(xué)模型17-20
• 2.2.1 光-電耦合方程18
• 2.2.2 光-熱-電耦合方程18-20
• 2.3 光壓電混合驅(qū)動的數(shù)學(xué)模型20-22
• 2.4 光壓電混合驅(qū)動的滯后性分析22-26
• 2.4.1 滯后性分析實驗平臺的搭建22-24
• 2.4.2 電壓與應(yīng)變滯后性分析24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 影響因素分析及數(shù)學(xué)模型的驗證27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 PLZT電學(xué)參數(shù)的測定27-28
• 3.3 光強對驅(qū)動電壓的影響及數(shù)學(xué)模型的驗證28-31
• 3.4 壓電作動器電極表面面積對驅(qū)動電壓的影響31-33
• 3.5 壓電作動器厚度對驅(qū)動電壓的影響33-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第4章 動力學(xué)建模及作動器構(gòu)型參數(shù)優(yōu)化37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 層合結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程及模態(tài)分析37-43
• 4.2.1 層合結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程37-40
• 4.2.2 層合結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析40-43
• 4.3 作動器及結(jié)構(gòu)構(gòu)型參數(shù)的優(yōu)化43-48
• 4.3.1 作動器尺寸參數(shù)的優(yōu)化43-47
• 4.3.2 開口圓柱殼曲率的優(yōu)化分析47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第5章 控制策略及控制實驗的研究49-60
• 5.1 引言49
• 5.2 壓電作動器工作電壓的提高49-54
• 5.2.1 提高壓電作動器驅(qū)動電壓飽和值及響應(yīng)速度的研究49-52
• 5.2.2 提高壓電作動器初始工作電壓的研究52-54
• 5.3 光壓電混合驅(qū)動主動控制的實驗研究54-59
• 5.3.1 主動控制實驗平臺及實驗控制原理54-56
• 5.3.2 主動控制實驗的軟件操作系統(tǒng)設(shè)計56-58
• 5.3.3 懸臂梁振動主動控制實驗結(jié)論分析58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果67-69
• 致謝69

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本文編號：1036292