發(fā)布時(shí)間：2017-08-14 17:40

  本文關(guān)鍵詞：機(jī)敏約束層阻尼薄板作動(dòng)器位置優(yōu)化及振動(dòng)主動(dòng)控制

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【摘要】：隨著人們對燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高,車身輕量化顯得尤為重要。在車身輕量化的過程中,車身壁板變薄導(dǎo)致車身剛度降低,加大了車身結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)與噪聲,這與汽車舒適性要求相互矛盾,傳統(tǒng)NVH技術(shù)已經(jīng)無法很好的解決這一問題。機(jī)敏約束層阻尼(Smart Constrained Layer Damping,SCLD)結(jié)合了被動(dòng)阻尼技術(shù)與主動(dòng)控制技術(shù)的優(yōu)勢,能有效的控制車身在很寬頻率范圍內(nèi)的振動(dòng),尤其是低頻振動(dòng)的控制,為車身低頻振動(dòng)與NVH的優(yōu)化提供了一種新的方法。本文以對邊約束SCLD板結(jié)構(gòu)為研究對象,對其進(jìn)行作動(dòng)器位置優(yōu)化以及振動(dòng)主動(dòng)控制研究。首先,采用有限元法根據(jù)SCLD結(jié)構(gòu)各層間的耦合運(yùn)動(dòng)以及位移協(xié)調(diào)關(guān)系,考慮到粘彈性材料力學(xué)性能隨溫度與頻率變化而變化,利用GHM模型建立SCLD耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。由于引入了附加自由度,所以系統(tǒng)模型的自由度數(shù)龐大,運(yùn)用高精度動(dòng)力縮聚與內(nèi)平衡降階的復(fù)合降階方法,得到自由度數(shù)較少的低階模型,并通過模態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證降階效果。其次,基于可控性Gramian矩陣,利用遺傳算法對作動(dòng)器位置進(jìn)行優(yōu)化,最終確定作動(dòng)器的貼片位置。再次,針對SCLD板結(jié)構(gòu)對白噪聲隨機(jī)激勵(lì)下控制效果不好的現(xiàn)象,對魯棒H∞混合靈敏度控制算法得出一種特定的加權(quán)函數(shù)選取方法設(shè)計(jì)魯棒控制器,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)控制仿真。最后,基于魯棒H∞控制器,對優(yōu)化前后的SCLD板結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明:在動(dòng)力學(xué)方程中引入GHM模型,在引入相對較少的耗散自由度的情況下得到較精確的動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)用高精度動(dòng)力縮聚與內(nèi)平衡降階復(fù)合降階后,原模型的自由度數(shù)大量縮減,在低頻段得到較精確的模型。通過合理選取加權(quán)函數(shù)所設(shè)計(jì)的魯棒H∞控制器對SCLD板結(jié)構(gòu)在一階固有頻率正弦激勵(lì),復(fù)合周期激勵(lì)與白噪聲隨機(jī)激勵(lì)三種不同激勵(lì)下控制效果良好。硬件在環(huán)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)效果良好,作動(dòng)器位置優(yōu)化后的SCLD板結(jié)構(gòu)在一階固有頻率正弦信號激勵(lì)與固有頻率混合周期信號激勵(lì)下,振動(dòng)響應(yīng)幅值分別下降了約40%與42%;在白噪聲隨機(jī)激勵(lì)下,響應(yīng)幅值的均方根值下降了22%,并且能在較寬泛的頻帶上對隨機(jī)信號都有控制效果,證明了作動(dòng)器位置優(yōu)化的正確性與控制方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：振動(dòng)主動(dòng)控制 機(jī)敏約束層阻尼 作動(dòng)器位置優(yōu)化 魯棒H∞控制 混合靈敏度 加權(quán)函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.82
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 論文研究背景及意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 機(jī)敏約束層阻尼模型研究現(xiàn)狀8-9
• 1.2.2 作動(dòng)器位置優(yōu)化研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.3 主動(dòng)控制方法研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文研究目的與研究內(nèi)容12-14
• 2 SCLD板結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模與降階14-30
• 2.1 壓電材料特性14-15
• 2.2 粘彈性材料特性15-17
• 2.3 SCLD板結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿W(xué)模型17-22
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)形式及形函數(shù)17-18
• 2.3.2 SCLD板單元本構(gòu)關(guān)系18-19
• 2.3.3 SCLD單元能量關(guān)系19-22
• 2.3.4 引入GHM模型的總動(dòng)力學(xué)方程22
• 2.4 SCLD板結(jié)構(gòu)降階處理22-24
• 2.5 數(shù)值算例24-27
• 2.6 小結(jié)27-30
• 3 壓電作動(dòng)器位置優(yōu)化30-40
• 3.1 作動(dòng)器優(yōu)化配置準(zhǔn)則30-32
• 3.2 優(yōu)化算法32-36
• 3.2.1 遺傳算法簡介32-34
• 3.2.2 壓電作動(dòng)器位置優(yōu)化的遺傳算法實(shí)現(xiàn)34-36
• 3.3 優(yōu)化配置數(shù)值仿真36-37
• 3.4 小結(jié)37-40
• 4 SCLD板結(jié)構(gòu)魯棒H_∞混合靈敏度控制40-54
• 4.1 魯棒H_∞混合靈敏度控制40-44
• 4.1.1 標(biāo)準(zhǔn)H_∞控制問題40-42
• 4.1.2 靈敏度定義42
• 4.1.3 靈敏度函數(shù)和補(bǔ)靈敏度函數(shù)42-44
• 4.2 魯棒_∞混合靈敏度控制器設(shè)計(jì)44-47
• 4.2.1 增廣控制模型44-45
• 4.2.2 加權(quán)函數(shù)的選擇45-47
• 4.3 算例仿真分析47-53
• 4.3.1 算例對象47-49
• 4.3.2 振動(dòng)控制仿真49-53
• 4.4 小結(jié)53-54
• 5 板結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)54-64
• 5.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及設(shè)備54
• 5.2 振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)54-62
• 5.3 小結(jié)62-64
• 6 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 論文總結(jié)64-65
• 6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)65
• 6.3 展望65-66
• 致謝66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 附錄74
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄74

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