發(fā)布時間：2017-10-29 15:15

  本文關鍵詞：基于壓電纖維復合材料的柔性結構振動半主動控制研究

  更多相關文章： 柔性結構 壓電纖維復合材料 半主動 同步開關阻尼 振動控制

【摘要】：隨著大型柔性結構在航天器中的廣泛應用,其振動問題也得到了越來越多的關注與研究。壓電纖維復合材料(Macro Fiber Composite,MFC)具有驅動性能強、重量輕、韌性大等優(yōu)點,適合作為驅動器對航天結構進行振動控制�；谕介_關阻尼技術的半主動振動控制系統(tǒng)簡單,振動控制效果穩(wěn)定,易于集成化和輕量化,滿足航天領域對高可靠性和輕量化的要求。本文基于壓電纖維復合材料,提出利用同步開關阻尼半主動振動控制方法,對柔性結構進行振動控制研究。首先,根據MFC通常的-500V~+1500V的非對稱高電壓工作范圍,設計了電壓非對稱翻轉的同步開關阻尼技術,并對其工作過程分階段進行了詳細分析,給出了控制過程中壓電元件電壓的理論計算式。利用MATLAB/Simulink對控制系統(tǒng)進行建模仿真,驗證了非對稱同步開關阻尼技術的可行性,同時通過仿真分析了電壓源電壓和非對稱旁路電容值對切換電壓的影響。其次,設計并制作高壓非對稱半主動振動控制實驗儀,對控制過程中MFC開路狀態(tài)下的漏電問題進行了實驗與分析;比較了開關切換頻率、并聯電容值大小對切換電壓的影響;對非對稱同步開關阻尼技術進行實驗驗證,并與仿真結果進行了對比分析。最后,針對柔性懸臂梁結構和航天用大負載高剛度結構進行了振動抑制實驗,實驗結果表明,所制作的高壓非對稱半主動振動控制實驗儀,不僅能夠在低壓下對柔性結構進行振動控制,還能夠實現在高電壓下對結構進行振動抑制。與傳統(tǒng)同步開關阻尼技術相比,能提高諸如MFC等工作電壓范圍非對稱的壓電元件的使用效率。
【關鍵詞】：柔性結構 壓電纖維復合材料 半主動 同步開關阻尼 振動控制
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V414.8;TB535
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 引言15-16
• 1.2 柔性結構振動抑制國內外研究進展與現狀16-20
• 1.2.1 國外航天柔性結構振動抑制進展16-19
• 1.2.2 國內航天柔性結構振動抑制進展19-20
• 1.3 同步開關阻尼技術研究進展20-21
• 1.4 本文的主要研究內容21-23
• 第二章 壓電纖維復合材料及同步開關阻尼技術工作原理23-34
• 2.1 壓電材料的工作原理23-26
• 2.1.1 壓電效應23-24
• 2.1.2 壓電方程24-26
• 2.2 壓電纖維復合材料26-28
• 2.2.1 MFC的組成26-27
• 2.2.2 MFC的工作原理及壓電方程27-28
• 2.3 同步開關阻尼技術原理28-33
• 2.3.1 機電耦合模型29-30
• 2.3.2 SSD控制方法30-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第三章 非對稱同步開關阻尼技術34-49
• 3.1 非對稱同步開關阻尼技術原理34-35
• 3.2 非對稱同步開關阻尼技術工作過程分析35-41
• 3.2.1 階段一：結構位移從最小值變化至最大值過程35-36
• 3.2.2 階段二：結構位移最大值處電壓翻轉，旁路電容不工作36-37
• 3.2.3 階段三：結構位移最大值處電壓翻轉，旁路電容工作37-38
• 3.2.4 階段四：結構位移從最大值變化至最小值過程38-39
• 3.2.5 階段五：結構位移最小值處電壓翻轉，旁路電容工作39-40
• 3.2.6 階段六：結構位移最小值處電壓翻轉，旁路電容不工作40-41
• 3.3 非對稱同步開關阻尼技術電壓理論計算41-43
• 3.4 非對稱同步開關阻尼技術仿真分析43-47
• 3.4.1 電壓源大小對切換電壓影響仿真分析44-46
• 3.4.2 旁路電容值對電壓非對稱比例系數影響仿真分析46-47
• 3.5 本章小結47-49
• 第四章 高壓非對稱半主動振動控制系統(tǒng)實驗研究49-62
• 4.1 高壓非對稱半主動控制系統(tǒng)49-52
• 4.1.1 電壓源電路49-50
• 4.1.2 非對稱開關控制電路50
• 4.1.3 SSD開關切換電路50-51
• 4.1.4 高壓非對稱半主動振動控制實驗儀51-52
• 4.2 開路狀態(tài)下MFC漏電實驗與理論分析52-58
• 4.2.1 實驗系統(tǒng)介紹52-53
• 4.2.2 SSD開關切換頻率對電壓影響實驗53-54
• 4.2.3 MFC兩端并聯電容值對切換電壓影響實驗54-55
• 4.2.4 開路狀態(tài)下MFC漏電理論分析55-58
• 4.3 非對稱同步開關阻尼技術實驗分析58-61
• 4.3.1 電壓源大小對切換電壓影響實驗分析58-59
• 4.3.2 旁路電容值對電壓非對稱比例系數影響實驗分析59-61
• 4.4 本章小結61-62
• 第五章 柔性結構振動半主動控制實驗研究62-77
• 5.1 柔性智能懸臂梁結構狀態(tài)空間方程建立62-64
• 5.1.1 柔性智能懸臂梁的模態(tài)運動方程62-63
• 5.1.2 柔性智能懸臂梁的狀態(tài)空間方程63-64
• 5.2 柔性梁結構振動抑制實驗64-72
• 5.2.1 實驗系統(tǒng)介紹64-66
• 5.2.2 柔性梁模態(tài)參數測量66-68
• 5.2.3 一階單頻激勵下振動控制實驗68-69
• 5.2.4 二階單頻激勵下對稱與非對稱控制對比實驗69-71
• 5.2.5 雙頻激勵下振動控制實驗71-72
• 5.3 大負載高剛度結構振動抑制實驗72-76
• 5.3.1 實驗系統(tǒng)介紹72-73
• 5.3.2 端部自由衰減振動抑制實驗73-75
• 5.3.3 穩(wěn)態(tài)激勵下振動抑制實驗75-76
• 5.4 本章小結76-77
• 第六章 全文總結與展望77-79
• 6.1 全文工作總結77-78
• 6.2 研究工作展望78-79
• 參考文獻79-83
• 致謝83-85
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文85

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