本文關(guān)鍵詞：基于柔性鉸鏈的壓電作動器優(yōu)化設(shè)計及實驗研究

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【摘要】：大型空間結(jié)構(gòu)展開鎖定后尺度大、頻率低,由于沒有大氣阻尼,一旦發(fā)生振動很難短時間內(nèi)衰減,需要對其進行振動控制。壓電作動器體積小、輸出力大,在空間結(jié)構(gòu)振動控制方面受到廣泛關(guān)注。本文采用理論分析、有限元仿真、實驗研究相結(jié)合的方法,研究適用于空間索網(wǎng)式結(jié)構(gòu)振動控制的新型壓電作動器。論文主要工作如下。首先,根據(jù)第一類壓電方程研究了壓電陶瓷塊和壓電疊堆的位移特性,建立了壓電疊堆的電學(xué)等效模型;分析了幾種柔性鉸鏈機構(gòu)的傳動原理,給出了相應(yīng)的位移輸出放大系數(shù),推導(dǎo)了柔性鉸鏈轉(zhuǎn)角柔度的表達式。接著,設(shè)計了一種對稱二級杠桿式柔性鉸鏈微位移放大機構(gòu),建立了結(jié)構(gòu)的參數(shù)化有限元模型,利用遺傳算法結(jié)合MATLAB-ANSYS聯(lián)合仿真,考慮尺寸約束和應(yīng)力約束條件,以位移放大系數(shù)作為適應(yīng)度值對結(jié)構(gòu)尺寸進行了優(yōu)化。隨后,在簡要分析Preisach遲滯模型的基礎(chǔ)上,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對Preisach模型進行描述,提出了兩種改進的后處理方法:擇優(yōu)選擇法和加權(quán)平均法,并通過數(shù)值算例驗證了這兩種方法的有效性;在此基礎(chǔ)上通過合理假設(shè)引出壓電作動器的線性動態(tài)模型。然后,根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對壓電作動器輸入-輸出動態(tài)特性進行了實驗研究,得到了該壓電作動器壓電疊堆的遲滯主環(huán)。最后,通過彈性梁振動控制,考核了該壓電作動器的振動控制效果,表明設(shè)計的壓電作動器具有較好的動態(tài)輸出性能。本文研究了基于壓電疊堆的一種壓電作動放大機構(gòu)的設(shè)計及其優(yōu)化問題,獲得了壓電作動器的動態(tài)特性,通過實驗驗證了該放大機構(gòu)的動態(tài)輸出效果,為空間索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的振動控制提供了一種有效的作動器件。
【關(guān)鍵詞】：空間結(jié)構(gòu) 壓電疊堆 柔性鉸鏈 放大機構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計 實驗
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V441
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-15
• 第一章 緒論15-26
• 1.1 引言15-16
• 1.2 空間可展開天線分類16-19
• 1.2.1 板狀反射面天線16-17
• 1.2.2 充氣式可展開天線17-18
• 1.2.3 網(wǎng)狀反射面可展開天線18-19
• 1.3 智能材料在振動主動控制中的應(yīng)用19-21
• 1.3.1 壓電智能桁架20-21
• 1.3.2 壓電智能索21
• 1.4 壓電作動器的幾種典型結(jié)構(gòu)21-24
• 1.4.1 尺蠖式作動器22-23
• 1.4.2 壓電微位移作動器23-24
• 1.5 本文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排24-26
• 第二章 壓電作動器結(jié)構(gòu)理論分析26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 壓電結(jié)構(gòu)基本方程26-32
• 2.2.1 第一類壓電方程26-28
• 2.2.2 壓電陶瓷塊力學(xué)特性分析28-30
• 2.2.3 壓電疊堆力學(xué)特性分析30-31
• 2.2.4 壓電疊堆電學(xué)簡化模型31-32
• 2.3 柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)分析32-37
• 2.3.1 柔性鉸鏈機構(gòu)放大系數(shù)分析33-35
• 2.3.2 柔性鉸鏈轉(zhuǎn)角柔度計算35-37
• 2.4 小結(jié)37-38
• 第三章 微位移放大機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 初步設(shè)計模型分析38-40
• 3.2.1 幾何分析模型39
• 3.2.2 有限元模型39-40
• 3.3 位移放大機構(gòu)尺寸優(yōu)化40-47
• 3.3.1 遺傳算法簡介40-43
• 3.3.2 遺傳算法優(yōu)化43-45
• 3.3.3 遺傳算法優(yōu)化結(jié)果45-47
• 3.4 小結(jié)47-48
• 第四章 壓電作動器動態(tài)特性研究48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 壓電疊堆遲滯特性分析48-57
• 4.2.1 遲滯模型48-50
• 4.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50-53
• 4.2.3 訓(xùn)練樣本及測試樣本生成53-54
• 4.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練改進方法54-55
• 4.2.5 數(shù)值算例分析55-57
• 4.3 壓電作動器的線性動態(tài)模型57-58
• 4.4 小結(jié)58-59
• 第五章 壓電作動器實驗研究59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 壓電作動器性能測試59-64
• 5.2.1 壓電作動器輸入-輸出特性測試60-63
• 5.2.2 壓電疊堆遲滯特性測試63-64
• 5.3 彈性梁振動控制實驗研究64-69
• 5.3.1 實驗平臺搭建64-65
• 5.3.2 高階諧波控制方法65-68
• 5.3.3 振動控制實驗68-69
• 5.4 小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)70-72
• 6.1 本文主要的工作與貢獻70-71
• 6.2 未來工作的展望71-72
• 參考文獻72-79
• 致謝79-80
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80

【參考文獻】

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本文編號：1003052