【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)尤其是航空航天事業(yè)的高速發(fā)展,使得這些領(lǐng)域內(nèi)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不斷增加,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能也提出了更高的要求。傳統(tǒng)電磁激勵(lì)智能材料在用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制時(shí),需要附加的電磁激發(fā)設(shè)備和導(dǎo)線連接,這樣容易受到外界電磁場(chǎng)的干擾,影響控制信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性,而新型透明鐵電陶瓷PLZT在外部高能光束均勻照射下會(huì)產(chǎn)生光電熱力多能場(chǎng)耦合作用,并沿其極化方向上產(chǎn)生一定的應(yīng)力和應(yīng)變,從而實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,避免了受到外界電磁場(chǎng)和復(fù)雜激勵(lì)設(shè)備的影響,將其制成光致伸縮作動(dòng)器應(yīng)用于柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)具有良好的發(fā)展前景。本文主要的工作內(nèi)容概括為以下四個(gè)方面:(1)介紹了透明鐵電陶瓷材料的基本特性和PLZT作動(dòng)器的工作機(jī)理以及在控制應(yīng)用中常見(jiàn)的分類(lèi)構(gòu)型,并建立了光致伸縮作動(dòng)器的本構(gòu)方程。(2)建立光致伸縮層合簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型,利用遺傳算法對(duì)簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)表面的作動(dòng)器分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)比分析了在定常光強(qiáng)條件下不同分布方式對(duì)層合簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)不同模態(tài)的振動(dòng)控制效果。仿真結(jié)果表明優(yōu)化分布后的作動(dòng)器對(duì)簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)的模態(tài)振動(dòng)控制效果更為明顯。(3)建立光致伸縮層合懸臂梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型,運(yùn)用模態(tài)分析方法推導(dǎo)了光電層合懸臂梁的模態(tài)振動(dòng)控制方程,并利用有限元方法優(yōu)化作動(dòng)器的分布位置,分析研究了在定常光強(qiáng)和變光強(qiáng)兩種光控方式下對(duì)層合懸臂梁的前兩階模態(tài)振動(dòng)控制效果。仿真結(jié)果表明有限元模型分析的正確性,并且選擇合適的光照強(qiáng)度可以有效地提高對(duì)懸臂梁振動(dòng)的抑制作用。(4)設(shè)計(jì)了基于RBF網(wǎng)絡(luò)模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,并利用滑�？刂品椒ㄔO(shè)計(jì)了以多受控模態(tài)的位移和模態(tài)速度為變量的一級(jí)滑模函數(shù)和二級(jí)滑模函數(shù),把系統(tǒng)多受控模態(tài)控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單模態(tài)控制問(wèn)題,同時(shí)使控制系統(tǒng)具備了模糊規(guī)則和權(quán)值系數(shù)學(xué)習(xí)調(diào)整的能力并進(jìn)行了相關(guān)數(shù)值仿真。仿真結(jié)果表明模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法是有效可行的,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光電層合簡(jiǎn)支板結(jié)構(gòu)的多模態(tài)振動(dòng)控制。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, especially the aerospace industry, the complexity of the structure in these fields is increasing, and the structural performance of the system has been put forward higher requirements. When the traditional electromagnetic excitation intelligent material is used in the structural vibration control, it needs additional electromagnetic excitation equipment and wire connection, which is easy to be interfered by the external electromagnetic field, which affects the accuracy and real-time of the control signal transmission. However, a new transparent ferroelectric ceramic PLZT can produce optoelectronic thermal multifield coupling under uniform external high energy beam irradiation, and produce certain stress and strain along its polarization direction, thus realizing the conversion of light energy to mechanical energy. The application of photostrictive actuator to active vibration control of flexible structures has a good prospect. The main contents of this paper are summarized as follows: (1) the basic characteristics of transparent ferroelectric ceramics, the working mechanism of PLZT actuators and the common classification configurations in control applications are introduced. The constitutive equation of photostrictive actuator is established. (2) the dynamic model of photostrictive laminated simply supported plate structure is established and the actuator distribution on the surface of simply supported plate structure is optimized by genetic algorithm. The vibration control effects of different distribution modes on laminated simply supported plate structures under the condition of steady light intensity are compared and analyzed. The simulation results show that the optimal distribution of actuators is more effective in controlling the modal vibration of simply supported plate structures. (3) the dynamic model of photostrictive laminated cantilever structures is established. The modal vibration control equation of photoelectric laminated cantilever beam is derived by using modal analysis method, and the distribution position of actuator is optimized by using finite element method. The first two modes vibration control effect of laminated cantilever beam under two light control modes of steady light intensity and variable light intensity is analyzed and studied. The simulation results show that the finite element model analysis is correct, and the appropriate light intensity can effectively improve the vibration suppression effect of cantilever beam. (4) the fuzzy neural network controller based on RBF network model is designed. The first order sliding mode function and the second order sliding mode function are designed by using the sliding mode control method, which takes the displacement and modal velocity of multiple controlled modes as variables, and the multi-controlled mode control problem of the system is transformed into a single mode control problem. At the same time, the control system has the ability of learning and adjusting fuzzy rules and weights. The simulation results show that the fuzzy neural network control algorithm is effective and feasible, and it can realize the multimodal vibration control of the optoelectronic laminated simply supported plate structure.
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB535

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本文編號(hào)：2322043