不必要的結(jié)構(gòu)振動(dòng)會(huì)加速其疲勞損壞,縮減其使用壽命,影響結(jié)構(gòu)的正常工作,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。有效解決結(jié)構(gòu)體中出現(xiàn)的因振動(dòng)問(wèn)題帶來(lái)的危害變得越來(lái)越重要,因此,振動(dòng)抑制一直是科研工作者們關(guān)注的熱點(diǎn)與亟待解決的難題。本文以壓電懸臂梁為研究對(duì)象,提出一種鏡像電路對(duì)自感知壓電結(jié)構(gòu)進(jìn)行信號(hào)解耦,并結(jié)合經(jīng)典PID控制算法作為控制策略,從理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)方面對(duì)壓電懸臂梁復(fù)合結(jié)構(gòu)的自感知振動(dòng)抑制進(jìn)行研究,主要工作如下:首先,簡(jiǎn)要概述了自感知智能材料壓電陶瓷的正-逆壓電效應(yīng)的理論基礎(chǔ),理清壓電方程推導(dǎo)過(guò)程和壓電材料的邊界條件,為壓電自感知執(zhí)行器控制理論分析奠定基礎(chǔ)。以懸臂梁為研究對(duì)象,對(duì)懸臂梁進(jìn)行建模與力學(xué)分析,基于其主振型函數(shù)和固有頻率的理論公式,分析了懸臂梁靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,并在此基礎(chǔ)上采用COMSOL仿真軟件對(duì)懸臂梁建立模型,進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性。然后,基于壓電方程,從理論上分析了壓電陶瓷既作為傳感器又作為執(zhí)行器的可行性。在調(diào)研國(guó)內(nèi)外關(guān)于壓電自感知執(zhí)行器解耦方法研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種基于壓電電荷驅(qū)動(dòng)器的鏡像電路作為解耦電路,采用PID算法的閉環(huán)控制策略,對(duì)提取的結(jié)構(gòu)體振動(dòng)... 

【文章來(lái)源】：安徽大學(xué)安徽省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

主動(dòng)控制系統(tǒng)框圖

安徽大學(xué)碩士學(xué)位論文71.3.2自感知執(zhí)行器研究現(xiàn)狀Dosh（1992年）[36]在紐約州立大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，第一次提出通過(guò)電橋電路實(shí)現(xiàn)耦合信號(hào)解耦，實(shí)現(xiàn)了壓電自感知執(zhí)行器技術(shù)。單片壓電陶瓷作為執(zhí)行器和傳感器，并通過(guò)將壓電陶瓷粘貼在懸臂梁表面，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)速率反饋控制和正位置反饋控制，從理論分析與實(shí)驗(yàn)說(shuō)明橋式電路對(duì)耦合信號(hào)解耦有效，標(biāo)志著自感知執(zhí)行器研究的開(kāi)始。圖1.5為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，由等效電容、電阻和壓電陶瓷組成電橋電路。通過(guò)電橋電路實(shí)現(xiàn)自感知執(zhí)行器技術(shù)，原理簡(jiǎn)明，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要反復(fù)調(diào)節(jié)橋式電路平衡，其優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯。圖1.5Dosh橋式電阻自感知實(shí)驗(yàn)裝置Cole[37]和Vipperman[38]提出了一種自適應(yīng)濾波算法，對(duì)自感知電路中的參數(shù)變化進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償。Tzu[39]通過(guò)研究自感知正交模態(tài)執(zhí)行器的使用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的有效控制。Dong[40]設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的控制器，該控制器由比例控制和相位滯后補(bǔ)償組成，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制。Garnett[41]通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)量化了PZT電容在振動(dòng)測(cè)試和控制中對(duì)不平衡電橋電路性能影響的變化。在2001年，大連理工大學(xué)研究者董維杰[42]以懸臂梁為研究對(duì)象，選擇橋式電路為解耦電路，實(shí)現(xiàn)懸臂梁主動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)P-51型壓電陶瓷既作為自感知執(zhí)行器，進(jìn)行梁的振動(dòng)抑制研究，其控制原理圖如圖1.6所示。當(dāng)結(jié)構(gòu)體被外界環(huán)境擾動(dòng)時(shí)，振動(dòng)控制過(guò)程如圖1.7所示：在壓電陶瓷為傳感器條件下，電橋電路的輸出電壓正比于梁振動(dòng)的速度，該信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大，并通過(guò)低通濾波器后輸入到控制器中，最后反饋到壓電陶瓷電極上；作為致動(dòng)器，該壓電片同時(shí)受到反饋電壓驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生作用力，

第一章緒論8抑制梁擾動(dòng)形變。大連理工大學(xué)賈艷麗利用時(shí)分復(fù)用思想，通過(guò)高速開(kāi)關(guān)電路分離傳感信號(hào)和執(zhí)行信號(hào)，并以懸臂梁為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)壓電自感知振動(dòng)抑制[43,44]。圖1.6懸臂梁振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)示意圖大連理工大學(xué)董維杰[45,46]等人在對(duì)壓電方程和遲滯模型理論分析后，自行設(shè)計(jì)一種復(fù)合驅(qū)動(dòng)電路，研究觀測(cè)器自感知控制系統(tǒng)，這種觀測(cè)器可同時(shí)觀測(cè)應(yīng)力和應(yīng)變，集電壓驅(qū)動(dòng)和電流積分的驅(qū)動(dòng)電路，極大豐富了觀測(cè)器壓電自感知執(zhí)行器研究。2010年，河北工程大學(xué)何麗麗[47]等人以壓電懸臂梁復(fù)合結(jié)構(gòu)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以線性二次型高斯最優(yōu)控制（LQG）方法和魯棒H∞方法為控制策略核心，進(jìn)行主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種方法在振動(dòng)控制方面表現(xiàn)良好，特別是H∞控制技術(shù)。2014年劉永斌[48]等人，在研究新型的壓電自感知電荷驅(qū)動(dòng)方法的基礎(chǔ)上，提出新的解耦方式，實(shí)驗(yàn)控制電路簡(jiǎn)單，振動(dòng)抑制效果好。南京航空航天大學(xué)的裘進(jìn)浩、程軍[49]等人針對(duì)橋式電路難以有效實(shí)現(xiàn)自感知耦合信號(hào)分分離的缺點(diǎn)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分離混合在執(zhí)行信號(hào)中的傳感信號(hào)，并采用基于Filter-XLMS算法的自適應(yīng)濾波控制器，通過(guò)仿真手段，說(shuō)明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在振動(dòng)控制的有效性。分析國(guó)內(nèi)外自感知振動(dòng)抑制研究現(xiàn)狀，可知目前研究仍存在一些問(wèn)題：1)自感知振動(dòng)抑制中傳感與致動(dòng)信號(hào)的耦合機(jī)制不夠清晰，許多理論并沒(méi)有解釋清楚分離耦合信號(hào)的原理；2)不能準(zhǔn)確提取混合在耦合信號(hào)中的傳感信號(hào)，導(dǎo)致振動(dòng)抑制算法和控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，并且沒(méi)有給出有效的解決方式；3)大部分的自感知振動(dòng)抑制研究主要以理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)為主，沒(méi)有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，尤其是基于深度學(xué)習(xí)算法的智能控制方法。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓電自感知主動(dòng)控制仿真試驗(yàn)[J]. 程軍,季宏麗,裘進(jìn)浩.  振動(dòng).測(cè)試與診斷. 2011(03)
[2]配置壓電傳感器/驅(qū)動(dòng)器的柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制研究[J]. 何麗麗,張京軍,王二成,高瑞貞.  機(jī)械強(qiáng)度. 2010(05)
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博士論文
[1]壓電自感知執(zhí)行器理論與應(yīng)用研究[D]. 董維杰.大連理工大學(xué) 2003

碩士論文
[1]結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中超磁致伸縮執(zhí)行器的設(shè)計(jì)及其自感知研究[D]. 王卓.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[2]壓電智能結(jié)構(gòu)的減振技術(shù)研究[D]. 程軍.南京航空航天大學(xué) 2010
[3]基于壓電SSA的懸臂梁振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)研究[D]. 王靜.吉林大學(xué) 2009
[4]壓電自感知執(zhí)行器時(shí)分復(fù)用解耦法研究[D]. 賈艷麗.大連理工大學(xué) 2007
[5]智能結(jié)構(gòu)的自感知主動(dòng)振動(dòng)控制以及半主動(dòng)振動(dòng)控制的研究[D]. 季宏麗.南京航空航天大學(xué) 2007
[6]超精密微位移系統(tǒng)研究[D]. 陶惠峰.浙江大學(xué) 2003



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