隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，大量柔性結(jié)構(gòu)應(yīng)用于空間設(shè)備以及各種生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)中。這種柔性結(jié)構(gòu)自身具有撓度高，阻尼小的基本特征，受到外界的外力作用時(shí)就會(huì)產(chǎn)生持續(xù)性的振動(dòng)。這樣嚴(yán)重影響到了設(shè)備的正常工作，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞，因此對(duì)這種柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制已經(jīng)顯得極為重要。本文研究柔性結(jié)構(gòu)在受到外力作用情況下的振動(dòng)控制問(wèn)題，在總結(jié)歸納了柔性懸臂梁振動(dòng)控制的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，以壓電懸臂梁作為控制對(duì)象，分析柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制問(wèn)題。并深入研究了用最優(yōu)控制算法設(shè)計(jì)柔性懸臂梁振動(dòng)控制器的具體方法，運(yùn)用壓電執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)了柔性懸臂梁振動(dòng)主動(dòng)控制，通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方法的有效性。首先，根據(jù)振動(dòng)理論得到了柔性懸臂梁彎度和撓度的關(guān)系，并利用動(dòng)靜法建立了柔性懸臂梁振動(dòng)微分方程，同時(shí)考慮壓電效應(yīng)，建立壓電傳感器和執(zhí)行方程，并引入模態(tài)分析法建立壓電懸臂梁系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程。然后，采用線性二次型狀態(tài)調(diào)節(jié)器對(duì)柔性懸臂梁進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)基于最優(yōu)控制算法的壓電懸臂梁振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)理論分析和一系列的計(jì)算得出最優(yōu)控制解，對(duì)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)仿真。討論最優(yōu)控制中加權(quán)矩陣的選擇問(wèn)題。最后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，證明所設(shè)計(jì)的... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

正壓電效應(yīng)圖

這種新思路和新方法也日益受到越來(lái)越多的專家學(xué)者的關(guān)注和。.2 壓電材料對(duì)振動(dòng)的主動(dòng)控制機(jī)理壓電傳感器是利用壓電材料可以將微小應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的這一特性種特殊的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；相反，在壓電材料外加電場(chǎng)的作用，便可以結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微小變形，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電材料的正逆效應(yīng)如圖 2.1 與圖 示。圖 2.1 正壓電效應(yīng)圖

鹵晁得餮刈?甑鬧嵯潁???1、2、3 分別與坐標(biāo)軸 x , y,z對(duì)應(yīng)。見(jiàn)圖 2.3 所示：圖 2.3 壓電元件坐標(biāo)和應(yīng)力分量示意圖2.3.4 壓電方程在壓電材料內(nèi)，機(jī)械效應(yīng)與壓電效應(yīng)是相互緊密聯(lián)系的，它們相互作用，相互耦合在一起。所以，在研究胡克定理應(yīng)用在壓電彈性體中的機(jī)械效應(yīng)與電效應(yīng)相互關(guān)聯(lián)的情況下，必須增加電效應(yīng)對(duì)于機(jī)械效應(yīng)的貢獻(xiàn)；同樣，在分析電學(xué)量關(guān)系式中也必須加上機(jī)械效應(yīng)對(duì)電效應(yīng)的貢獻(xiàn)。而壓電方程則是描述壓電彈性體中電效應(yīng)與機(jī)械效應(yīng)之間關(guān)系的物理方程。應(yīng)變?chǔ)?可以通過(guò)應(yīng)力σ 和電場(chǎng)強(qiáng)度 E為自變量來(lái)描述壓電方程，這時(shí)通過(guò)式子ijijε =dE和式iiuuε = c σ建立壓電方程：uEijijiuε = d E+cσ(2.7)通過(guò)對(duì)壓電材料的分析，要對(duì)承受應(yīng)力方面和電場(chǎng)方面同時(shí)進(jìn)行分析。ijijε =dE是電場(chǎng)強(qiáng)度和應(yīng)變的關(guān)系。uEiiuε = c σ是應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，uEiiuε = c σ式中Eiuc 為電場(chǎng)強(qiáng)度為恒定值時(shí)的彈性柔順常數(shù)，單位是 m /N2。電位移 D也可以用電場(chǎng)強(qiáng)度和應(yīng)力兩部分貢獻(xiàn)來(lái)表示，式(2.8)：iiuuijjDdEσ= σ +ζ(2.8)上式中的iuuD = dσ是應(yīng)力對(duì)壓電片的影響所產(chǎn)生的電位移；ijjDEσ= ζ表示在無(wú)應(yīng)力的情況下，外加電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)壓電片所造成影響而產(chǎn)生的電位移；ijjDEσ= ζ式中的σζij為無(wú)應(yīng)力時(shí)候的介電常數(shù)。為了滿足不同情況的具體要求

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]壓電智能懸臂梁最優(yōu)控制建模與仿真[J]. 孫煜博,秦建斌.  機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2008(02)
[2]大型空間柔性梁的有限元?jiǎng)恿W(xué)建模方法研究[J]. 和興鎖,顧致平,鄧峰巖.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2007(09)
[3]基于Maxwell的磁流變阻尼器的磁路有限元分析[J]. 王宇飛,何琳,單樹軍.  噪聲與振動(dòng)控制. 2007(02)
[4]柔性空間結(jié)構(gòu)高階有限元模型與主動(dòng)振動(dòng)控制研究[J]. 蔣建平,李東旭.  宇航學(xué)報(bào). 2007(02)
[5]液壓柔性機(jī)械臂等效模型的魯棒控制[J]. 曾克儉,李光.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2007(03)
[6]柔性機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的研究[J]. 崔玲麗,張建宇,高立新,肖志權(quán).  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2007(06)
[7]LQR控制策略在柔性關(guān)節(jié)系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)[J]. 袁浩,喬宇亮,李保林,王先來(lái).  實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理. 2006(08)
[8]消除參數(shù)不確定柔性系統(tǒng)的殘留振蕩魯棒控制[J]. 董明曉,于復(fù)生,孫杰,張桂青,張明勤.  中國(guó)機(jī)械工程. 2006(08)
[9]大運(yùn)動(dòng)柔性梁非線性動(dòng)力響應(yīng)分析[J]. 吳國(guó)榮,鐘偉芳,李美之,梁以德.  振動(dòng)與沖擊. 2005(01)
[10]柔性結(jié)構(gòu)的自組織模糊主動(dòng)振動(dòng)控制[J]. 陳展榮,徐娟,禹智濤.  華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2004(03)

博士論文
[1]基于壓電致動(dòng)器的柔性構(gòu)件振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)研究[D]. 呂永桂.浙江大學(xué) 2007

碩士論文
[1]壓電柔性梁的振動(dòng)主動(dòng)控制研究[D]. 李磊.浙江大學(xué) 2008
[2]壓電智能梁的振動(dòng)控制[D]. 張勇.西安電子科技大學(xué) 2008
[3]壓電智能結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制研究[D]. 尉飛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006
[4]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)主動(dòng)控制方法的研究[D]. 陳曉寧.哈爾濱工程大學(xué) 2004



本文編號(hào)：3289875