本文關(guān)鍵詞：含集中參數(shù)壓電智能梁振動特性及其主動控制

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【摘要】：為了研究船舶與海洋結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)及其減振降噪問題,將艦船上桅桿、螺旋槳尾軸及海洋風(fēng)力發(fā)電機(jī)等具有相似特性的典型結(jié)構(gòu)簡化成具有集中參數(shù)(集中質(zhì)量和集中剛度)的等直彈性梁這一力學(xué)模型。針對這一模型,首先研究了其自由振動特性,為實際結(jié)構(gòu)的避振設(shè)計提供一些有益參考；其次,為了進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)受到外界激勵時振動響應(yīng)的控制問題,通過在梁的上、下表面粘貼壓電材料形成作動器和傳感器,得到了含有集中質(zhì)量和集中剛度的壓電智能梁模型,進(jìn)而對其展開振動主動控制研究。 基于Laplace變換法,針對典型邊界條件,推導(dǎo)了含有任意集中質(zhì)量與集中剛度(彈性支撐)的彈性歐拉梁彎曲振動的固有頻率方程及振型函數(shù)的解析表達(dá)式,重點結(jié)合含有集中質(zhì)量與集中剛度的懸臂梁結(jié)構(gòu),通過解析計算和實驗驗證系統(tǒng)地討論了集中質(zhì)量和集中剛度的大小以及它們在梁上的位置對懸臂梁固有特性的影響。 將壓電作動器的作用力轉(zhuǎn)化為一個集中力矩,推導(dǎo)了含有集中質(zhì)量與集中剛度的壓電智能梁的壓電控制方程和傳感方程的解析表達(dá)式；基于經(jīng)典Bernoulli-Euler梁理論和Hamilton原理,考慮壓電材料的機(jī)電耦合效應(yīng),推導(dǎo)了二結(jié)點壓電層合梁有限單元模型,得到了結(jié)構(gòu)的壓電控制方程和傳感方程的有限元形式。分別采用LQR、LQG和獨立模態(tài)空間控制算法設(shè)計控制器,對含有集中參數(shù)的壓電智能梁的振動響應(yīng)進(jìn)行了主動控制數(shù)值模擬；對比分析了LQR和LQG控制算法的適用性和有效性；探討了集中質(zhì)量和集中剛度的位置對懸臂梁整體振動響應(yīng)量級的影響和對反饋控制效率的影響；為船體上相應(yīng)結(jié)構(gòu)的振動控制提供了理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：集中參數(shù) 等直彈性梁 模態(tài) 壓電結(jié)構(gòu) 主動控制
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661.44
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 選題背景和依據(jù)8-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 含集中質(zhì)量與剛度梁結(jié)構(gòu)振動特性研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 壓電智能結(jié)構(gòu)振動主動控制研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 2 含集中質(zhì)量與剛度的等直梁自由振動特性18-33
• 2.1 振型函數(shù)及頻率方程推導(dǎo)18-23
• 2.1.1 采用δ函數(shù)描述集中質(zhì)量與剛度的梁固有振型函數(shù)推導(dǎo)18-20
• 2.1.2 集中質(zhì)量和彈簧在梁中位置時梁的頻率方程20-21
• 2.1.3 集中質(zhì)量和彈簧在任意位置時梁的頻率方程21-23
• 2.2 自然環(huán)境激勵模態(tài)參數(shù)識別23-25
• 2.2.1 自然激勵技術(shù)23-24
• 2.2.2 特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法24-25
• 2.3 數(shù)值算例及模態(tài)實驗25-32
• 2.3.1 集中質(zhì)量和集中剛度大小對固有頻率的影響25-28
• 2.3.2 集中質(zhì)量和集中剛度位置對固有頻率的影響28-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 3 含集中參數(shù)的壓電智能梁振動控制方程推導(dǎo)33-49
• 3.1 壓電材料簡介33-35
• 3.1.1 壓電效應(yīng)33-34
• 3.1.2 壓電本構(gòu)方程34-35
• 3.2 解析法推導(dǎo)控制方程35-38
• 3.2.1 壓電傳感方程36
• 3.2.2 壓電驅(qū)動方程36
• 3.2.3 模型的簡化處理36-38
• 3.3 壓電有限元法38-47
• 3.3.1 壓電層合梁單元模型推導(dǎo)39-45
• 3.3.2 壓電層合梁有限元方程算例驗證45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 4 振動主動控制算法49-60
• 4.1 控制方程的狀態(tài)空間描述49-50
• 4.2 主動控制的基本思想50
• 4.3 線性二次型最優(yōu)控制50-52
• 4.4 線性二次型Gauss控制52-55
• 4.4.1 狀態(tài)觀測器52-53
• 4.4.2 帶觀測器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)53-54
• 4.4.3 線性二次型Gauss控制算法54-55
• 4.5 二次型模態(tài)空間控制55-58
• 4.5.1 模態(tài)空間控制方程56-57
• 4.5.2 耦合模態(tài)控制57-58
• 4.5.3 獨立模態(tài)控制58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 5 含集中參數(shù)的壓電智能梁振動主動控制數(shù)值模擬60-82
• 5.1 含有集中參數(shù)壓電懸臂梁振動LQR控制60-64
• 5.2 含有集中參數(shù)壓電懸臂梁振動LQG控制64-68
• 5.2.1 脈沖激勵響應(yīng)控制64-65
• 5.2.2 簡諧激勵響應(yīng)控制65-66
• 5.2.3 隨機(jī)激勵響應(yīng)控制66-68
• 5.3 含有集中參數(shù)壓電懸臂梁振動模態(tài)控制68-72
• 5.4 集中參數(shù)位置對響應(yīng)大小和控制效率的影響72-80
• 5.5 本章小結(jié)80-82
• 結(jié)論82-85
• 參考文獻(xiàn)85-90
• 附錄A 頻率方程具體表達(dá)式90-92
• 附錄B 有限元計算程序流程圖92-95
• 附錄C 主動控制程序流程圖95-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況97-98
• 致謝98-99

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 梁軍;鐘駿平;程遠(yuǎn)勝;;基于ANSYS的艦船桅桿振動半主動神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制仿真[J];船舶力學(xué);2011年Z1期

2 陸毓琪,王曉鋒,張延教,芮筱亭;具有任意多個彈性與剛性支承及集中質(zhì)量的梁振動問題[J];彈道學(xué)報;1997年04期

3 蔣建平;李東旭;;壓電復(fù)合梁高階有限元模型與主動振動控制研究[J];動力學(xué)與控制學(xué)報;2007年02期

4 安方;陳衛(wèi)東;張萬良;;基于加速度反饋的智能梁的受迫振動主動控制(英文)[J];船舶力學(xué);2013年06期

5 彭獻(xiàn),彭凡;帶集中質(zhì)量的梁彎曲振動特性新的解析表達(dá)式[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年01期

6 宋媚婷;洪明;崔洪宇;;基于艦船振動信號激勵下壓電智能梁振動主動控制[J];中國艦船研究;2011年06期

7 張京軍;何麗麗;李現(xiàn)敏;高瑞貞;;基于LQG最優(yōu)控制法的壓電智能結(jié)構(gòu)獨立模態(tài)空間控制[J];計算力學(xué)學(xué)報;2010年05期

8 毛劍琴,卜慶忠,張杰,范國濱;結(jié)構(gòu)振動控制的新進(jìn)展[J];控制理論與應(yīng)用;2001年05期

9 王宗利,林啟榮,劉正興;壓電智能梁的狀態(tài)相關(guān)LQR振動控制[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2001年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 曹貽鵬;推進(jìn)軸系引起的艇體結(jié)構(gòu)振動與輻射噪聲控制研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

2 黃全振;壓電智能結(jié)構(gòu)自適應(yīng)濾波振動主動控制研究[D];上海大學(xué);2012年

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本文編號：938712