節(jié)約原材料和能源的同時(shí)如何提高能效已經(jīng)成為了全球科技、軍事和經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的重要研究課題。航空航天結(jié)構(gòu)大量地采用輕型化材料,同時(shí)一系列的的使用問(wèn)題也隨之產(chǎn)生:結(jié)構(gòu)模態(tài)阻尼系數(shù)的減小、結(jié)構(gòu)剛度的減小、大振幅或持續(xù)的振動(dòng)響應(yīng)等問(wèn)題給系統(tǒng)的使用壽命和精度帶來(lái)了嚴(yán)重影響。另一方面,近些年來(lái),一種新型的智能材料—壓電材料,由于它優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)特性—機(jī)電耦合特性,使其頻繁應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域。基于上述情況,為了有效地抑制柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng),本文以柔性結(jié)構(gòu)中比較經(jīng)典和簡(jiǎn)單的懸臂梁結(jié)構(gòu)為被控對(duì)象,分析了其動(dòng)力學(xué)特性和模態(tài)特點(diǎn),結(jié)合壓電材料的正、逆壓電效應(yīng)和機(jī)電耦合特性得到了壓電懸臂梁的微分方程和狀態(tài)空間方程。并以壓電陶瓷作為致動(dòng)器,設(shè)計(jì)了壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。針對(duì)正弦信號(hào)干擾,通過(guò)利用基于時(shí)頻分析技術(shù)的頻率提取算法,不僅可以準(zhǔn)確又快速地辨識(shí)出振動(dòng)信號(hào)的未知頻率,還可以剔除掉隨機(jī)干擾的頻率影響。也就是說(shuō),本文提出了一種新型的面向應(yīng)用的自適應(yīng)前饋控制控制算法,這種方法使控制輸入不斷收斂到干擾信號(hào),最終可以對(duì)頻率未知的正弦干擾進(jìn)行比較好的的振動(dòng)控制。并通過(guò)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性和優(yōu)點(diǎn)�？紤]到PID控制的優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用于復(fù)雜被控對(duì)象的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。提出了逆模型控制的思想,目的是抑制或是消除掉控制對(duì)象的高階模態(tài)振動(dòng)影響,盡可能只保留其低階模態(tài),然后就能較容易地設(shè)計(jì)PID控制器。再利用PID控制器的特點(diǎn)比較好的地抑制其低頻范圍的振動(dòng)。很重要的一點(diǎn)是該方法中逆模型傳遞函數(shù)中的參數(shù)靈敏度不高,即便在實(shí)際情況中因?yàn)槟Ｐ臀粗蚴请S機(jī)因素造成的參數(shù)誤差,也不會(huì)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的輸出效果有很大影響。通過(guò)仿真與LQG控制和H_?控制器的比較也驗(yàn)證了該方法優(yōu)異的控制效果。并且將該方法推廣到汽車懸架模型上,仿真結(jié)果也驗(yàn)證了該方法的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U463.33
【部分圖文】：

壓電智能結(jié)構(gòu)是采用壓電材料作為傳感器和致動(dòng)器的智能結(jié)構(gòu)，成為了目前結(jié)構(gòu)的熱門研究方向。壓電傳感器是一種應(yīng)變傳感器，它的工作原理是正壓電效即壓電材料受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，會(huì)在其兩極感應(yīng)出電荷，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換于測(cè)量的電信號(hào)；壓電致動(dòng)器的原理是與傳感器相反的逆壓電效應(yīng)，當(dāng)壓電致動(dòng)受到由數(shù)據(jù)采集裝置傳送的控制電壓，本身會(huì)產(chǎn)生變形，執(zhí)行控制指令，以此來(lái)基體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。壓電致動(dòng)器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力較小，多與驅(qū)動(dòng)電源（電壓放大器）使用，多應(yīng)用于柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制中，另外一種辦法是把多片壓電片堆疊可以在一定程度上解決驅(qū)動(dòng)力較小的問(wèn)題。壓電材料的研制已有 100 多年的歷史，目前已知的壓電材料種類繁多，其中最廣泛的是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（Piezoelectric Ceramic Transducer，PZT）簡(jiǎn)稱壓電和壓電聚合物（PolyVinylidene DiFluoride，PVDF）兩類。其中壓電陶瓷兼顧了傳和致動(dòng)器的特點(diǎn)，本課題就是利用壓電陶瓷作為實(shí)驗(yàn)的致動(dòng)器來(lái)進(jìn)行研究。PVDF的驅(qū)動(dòng)力太小，一般不作致動(dòng)器，多用作傳感器。

壓電智能結(jié)構(gòu)是采用壓電材料作為傳感器和致動(dòng)器的智能結(jié)構(gòu)，成為了目前結(jié)構(gòu)的熱門研究方向。壓電傳感器是一種應(yīng)變傳感器，它的工作原理是正壓電效即壓電材料受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，會(huì)在其兩極感應(yīng)出電荷，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換于測(cè)量的電信號(hào)；壓電致動(dòng)器的原理是與傳感器相反的逆壓電效應(yīng)，當(dāng)壓電致動(dòng)受到由數(shù)據(jù)采集裝置傳送的控制電壓，本身會(huì)產(chǎn)生變形，執(zhí)行控制指令，以此來(lái)基體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。壓電致動(dòng)器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力較小，多與驅(qū)動(dòng)電源（電壓放大器）使用，多應(yīng)用于柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制中，另外一種辦法是把多片壓電片堆疊可以在一定程度上解決驅(qū)動(dòng)力較小的問(wèn)題。壓電材料的研制已有 100 多年的歷史，目前已知的壓電材料種類繁多，其中最廣泛的是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（Piezoelectric Ceramic Transducer，PZT）簡(jiǎn)稱壓電和壓電聚合物（PolyVinylidene DiFluoride，PVDF）兩類。其中壓電陶瓷兼顧了傳和致動(dòng)器的特點(diǎn)，本課題就是利用壓電陶瓷作為實(shí)驗(yàn)的致動(dòng)器來(lái)進(jìn)行研究。PVDF的驅(qū)動(dòng)力太小，一般不作致動(dòng)器，多用作傳感器。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 其轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的電信號(hào)，并通過(guò)提前設(shè)計(jì)好的控制策略計(jì)算出控制信號(hào)，該一般要經(jīng)過(guò)電壓放大器的處理后施加給致動(dòng)器，由致動(dòng)器產(chǎn)生機(jī)械變形來(lái)執(zhí)行該信號(hào)，這樣就實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制。壓電主動(dòng)控制方法可以根據(jù)不同的控制對(duì)為方便地修改設(shè)計(jì)控制器，且比較適用于低頻范圍的振動(dòng)控制，已經(jīng)應(yīng)用于許多的振動(dòng)控制領(lǐng)域。它簡(jiǎn)要的主動(dòng)控制流程圖如下圖所示：
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 毛芹;王濤;郝鵬飛;王軍政;;基于PVDF壓電片發(fā)電的特性研究[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2012年11期

2 劉建;裘進(jìn)浩;常偉杰;季宏麗;朱孔軍;;運(yùn)用矩形壓電片的沖擊載荷定位新方法[J];振動(dòng).測(cè)試與診斷;2010年03期

3 林西強(qiáng),任鈞國(guó);含壓電片層合板的靜變形控制[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);1998年04期

4 林西強(qiáng),任鈞國(guó);含壓電片梁的靜變形控制[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);1998年04期

5 張瑤;湯善治;李明;王立超;高俊祥;;同步輻射中雙壓電片反射鏡的研究現(xiàn)狀[J];物理學(xué)報(bào);2016年01期

6 周虹;官春林;戴云;;用于自適應(yīng)光學(xué)視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)的雙壓電片變形反射鏡[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

7 寧禹;周虹;官春林;饒長(zhǎng)輝;姜文漢;;20單元雙壓電片變形反射鏡的影響函數(shù)有限元分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2008年09期

8 吳磊;王建國(guó);;壓電片位置和大小對(duì)板振動(dòng)控制的影響[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年08期

9 林西強(qiáng),任鈞國(guó);含壓電片層合板的振動(dòng)控制[J];宇航學(xué)報(bào);2000年01期

10 劉江濤;蘭世平;黃泰坤;鐘康;周禹辰;;關(guān)于對(duì)壓電片應(yīng)用的若干問(wèn)題思考[J];科技致富向?qū)?2013年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 龔立嬌;壓電復(fù)合梁機(jī)電轉(zhuǎn)換特性及多模寬頻發(fā)電的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 崔小斌;基于壓電效應(yīng)的能量收集裝置實(shí)驗(yàn)及原理研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

3 王波;點(diǎn)式壓電智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方法改進(jìn)的研究[D];重慶大學(xué);2004年

4 周晚林;壓電智能結(jié)構(gòu)沖擊荷載及損傷識(shí)別方法的研究[D];南京航空航天大學(xué);2005年

5 劉建芳;壓電步進(jìn)精密驅(qū)動(dòng)器理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2005年

6 劉國(guó)嵩;壓電步進(jìn)二維精密驅(qū)動(dòng)器理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2006年

7 陳炎;壓電矩形板非線性靜動(dòng)態(tài)力學(xué)特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

8 史麗萍;多次壓電效應(yīng)探析及在傳感執(zhí)行器上的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];大連理工大學(xué);2006年

9 王海寧;基于MEMS技術(shù)的自吸微泵的研制[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（電子學(xué)研究所）;2006年

10 張宏壯;壓電雙晶片型二自由度慣性沖擊式精密驅(qū)動(dòng)器理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 胡彪;串聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)中逆壓電效應(yīng)及俘能特性的研究[D];西南交通大學(xué);2018年

2 柳維瑋;基于壓電分流阻尼技術(shù)的噪聲與振動(dòng)控制[D];南昌航空大學(xué);2018年

3 解勝東;用于煤機(jī)裝備無(wú)線自供能檢測(cè)系統(tǒng)的壓電疊堆俘能器研究[D];太原理工大學(xué);2018年

4 岳俊洲;壓電懸臂梁系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制研究[D];西南交通大學(xué);2018年

5 楊澤生;有限流道內(nèi)鈍體—壓電片系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換特性實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2017年

6 王英廷;密閉容腔氣體載荷激勵(lì)下盤(pán)型壓電俘能器理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2017年

7 宋旭;連續(xù)無(wú)創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)壓電閥系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];河北大學(xué);2017年

8 王力;軸力對(duì)兩端固支梁壓電導(dǎo)納的影響研究[D];華中科技大學(xué);2016年

9 崔云躍;基于懸臂梁的低頻環(huán)境壓電俘能技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

10 楊靜;壓電片與結(jié)構(gòu)的粘結(jié)特性分析及應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2852803