Research on deployable truss type mast's model analysis and Its active vibration control

建立了一维大型空间可展开桁架式支撑臂的动力学模型,计算了支撑臂各阶模态的频率和振型,以及在各阶模态下的杆件模态应变能.基于杆件模态应变能对压电陶瓷作动杆的位置进行了优化设计.基于独立模态空间方法运用二次型最优控制理论,对支撑臂进行振动主动控制研究.对含有主动构件的空间桁架式支撑臂的振动主动控制进行了仿真,比较了控制前后支撑臂振动幅值的变化.仿真结果表明,该控制策略具有较好的振动控制效果.     

桁架式支撑臂模态分析与振动主动控制研究

建立了一维大型空间可展开桁架式支撑臂的动力学模型,计算了支撑臂各阶模态的频率和振型,以及在各阶模态下的杆件模态应变能。基于杆件模态应变能对压电陶瓷作动杆的位置进行了优化设计。基于独立模态空间方法运用二次型最优控制理论,对支撑臂进行振动主动控制研究。对含有主动构件的空间桁架式支撑臂的振动主动控制进行了仿真,比较了控制前后支撑臂振动幅值的变化。仿真结果表明,该控制策略具有较好的振动控制效果。     

基于特征模型的压电悬臂板振动控制

航天器上悬臂板型挠性附件在扰动作用下将引起包括弯曲和扭转模态的振动,这将影响系统的稳定性和控制精度,尤其是在平衡点附近低频模态频率上的小幅值残余振动很难快速抑制。为了快速抑制压电智能挠性悬臂板系统,包括弯曲和扭转模态的振动,提出采用基于特征模型的非线性黄金分割自适应控制,组合非线性切换逻辑积分阻尼器算法。首先,优化配置压电传感器和驱动器实现了悬臂板的弯曲和扭转模态在检测和驱动上的解耦;其次,设计并建立压电挠性悬臂板试验平台,进行试验模态辨识并获得了悬臂板系统弯曲和扭转振动的模态频率和频响特性;最后,进行压电智能悬臂板的弯曲和扭转振动模态主动振动几种方法试验的比较研究。试验结果表明,采用的控制方法能够快速地抑制压电智能挠性悬臂板的振动。     

飞机典型壁板结构主动振动控制试验研究

压电材料的机电耦合特性使其在智能结构和振动控制中得到了广泛的应用。本文中以压电材料作为传感器和作动器,选用飞机壁板为控制对象,在Patran中对控制对象建立了有限元模型,利用Nastran对建立的模型数据进行了计算,分析出了壁板各阶模态的最大应变位置。根据分析结果在壁板合理位置上粘贴多片压电陶瓷片,运用基于Filter-X LMS(Least Means Squares)自适应算法对壁板进行了单模态和多模态的主动控制试验并取得了良好的控制效果,1阶模态降低了约10 dB,2阶模态降低了约5 dB。     

压电悬臂板结构的COMSOL仿真

以悬臂板压电结构为对象,分析其固有频率和阻尼,并探究压电片电压与振幅特性的关系。运用COMSOL进行力场、电场的复合结构仿真,得出了该结构的模态特性,得到了悬臂板压电结构在施加电压时产生振动方向的挠度变化及在振动时压电片的电压变化,为振动主动控制提供参考。     

车身振动模糊控制仿真与实验研究

运用国内外振动主动控制方面的研究成果,结合汽车车身结构的特点,采用模糊控制策略对压电智能车身结构振动主动控制技术进行了研究和探索.将压电元件、控制系统和车身结构有机结合,利用外部能源提供的控制力减小结构在环境荷载作用下的反应,实现车身对外界激励的智能性响应.在白车身模态分析和模糊控制结构分析的基础上,建立了模糊控制规则,设计了仿真模型进行模糊控制仿真分析,并进一步通过轿车车身实验,证实了应用该控制策略对轿车车身结构振动控制是有效和可行的.     

基于同位加速度负反馈的振动主动控制研究

基于同位加速度传感/压电驱动的反馈方法,对用扬声器进行声激励的四面固支铝板开展多模态振动主动控制研究。根据实验模态分析的结果,确定了传感和驱动的位置。经过压电片传感/压电片驱动和加速度传感/压电片驱动两种方案的对比,选择了能观性和能控性较好的加速度传感方式。在正位置反馈控制律（positive position feedback,简称PPF）的基础上,以加速度信号进行反馈控制律的设计,提出基于加速度负反馈控制方案 (negative acceleration feedback,简称NAF),并对其进行稳定性和控制机理分析。控制时以加速度信号作为评价指标,对64和158 Hz两个模态分别进行单模态和多模态控制。结果表明,基于加速度的反馈控制可以大幅度降低铝板的振动,最大控制效果可达11 dB,远大于PPF的控制效果,对单模态和多模态均能实现有效的振动控制。     

基于光-压电的非接触式弹性圆环独立模态控制

在接近紫外波长的高能光束均匀照射下,极化的镧改性锆钛酸铅(PbLaZrTi,PLZT)铁电陶瓷具有反常的光生伏特效应,即在两极间会产生很高的电压。利用此电压信号来驱动层合于柔性板壳结构的压电作动器,可以实现对柔性板壳结构的非接触式控制。为实现弹性圆环的非接触式独立模态控制,利用模态展开技术及振型函数的正交性设计余弦状正交模态作动器,并利用PLZT产生的电压来驱动层合于圆环上的聚偏二氟乙烯(Polymeric polyvinylidene fluoride,PVDF)压电模态作动器。在控制策略上采用速度反馈的定光强控制,通过模态速度符号来调节压电作动器与PLZT的连接方向,以实现作动器产生控制力的正/负切换。采用Newmark-β法对弹性圆环在不同光强下的动态响应进行数值仿真分析。仿真结果表明,在PLZT产生的电压信号的驱动下,压电作动器对系统产生的驱动力随光照时间成指数倍增加,且光照强度越大控制效果越好。     

一种快速刀具驱动装置的设计与性能分析

快速车削能够实现复杂面形零件的精密高效加工,在分析快速车削加工特点的基础上,设计了"压电陶瓷 柔性铰链"结构形式的快速刀具驱动装置;进行了柔性铰链的参数分析、结构设计和静力学分析,并采用有限元仿真方法分析了装置的刚度和振动模态;通过试验对快速刀具驱动装置进行了性能测试,结果表明所设计的快速刀具驱动装置具有较高的分辨率、跟踪精度和工作频响,能够作为超精密快速车削加工的快速进刀装置.     

作动器在智能桁架结构形状控制中的优化配置

导出了智能桁架结构静态形状控制方程,在线弹性范围内适用;一般主动杆件数远小于结构杆件数目,且主动杆件的配置问题取决于控制能量和杆件强度等因素,因此基于最短行程和最小导力指标对主动杆件进行了优化建模.     

用于光阑的旋转型驻波压电作动器

为了驱动光阑实现对光束的控制和调节,提出一种新型的旋转型驻波压电作动器。现有压电作动器中,性能稳定的多为单一振子复合模态工作方式,要求各工作模态频率差小,除了对加工精度要求高之外,由于工作磨损对各模态频率影响不同,工作模态的频率差增大,使作动器的性能和效率下降。针对这一问题和光阑的工作特点,研制了一种新型的旋转型压电作动器。该作动器利用两个相同结构杆形压电振子的同形模态,经摩擦驱动光阑活动环转动,达到调节光阑孔径的目的。原理样机实验表明:当预压力为8N时,在驱动电压为200V_(p-p)～400V_(p-p)范围内,作动器的旋转速度与电压成正比,最大的逆时针旋转速度为75.36rad/min,最大的顺时针运动速度为62.8rad/min;在驱动电压为400V_(p-p)下分辨率可以达到0.34mrad。该压电作动器满足了光阑光束控制的要求,具有结构简单、响应快速、调速平稳和精度高等优点。     

网壳结构模态局部化现象的试验检验

通过一个凯维特型单层球面网壳结构的缩尺模型试验,对网壳结构的模态局部化现象进行研究.定义了模态局部化现象的定量描述指标,试验中通过附加节点质量和削弱杆件截面构造结构物理参数发生改变的工况,采用准确度高的试验模态分析法对各工况下的结构进行模态测试,随机测取了3个结构模态,对各种工况下这3个结构模态的振型变化和局部化情况进行了分析.结果表明,网壳结构物理参数的小量变化可能引起某些结构振型发生比较明显的变化和局部化,在进行网壳结构的抗震计算和损伤识别时有必要考虑模态局部化的影响.     

液压管路脉动主动控制的消振阀的设计

液压管路脉动主动控制方法由于其强自适应能力和较好的脉动削减效果而越来越受到重视,针对基于旁路溢流原理的脉动主动控制理论中对消振阀的性能要求,设计了锥阀结构的高频响压电直驱式节流阀,利用压电陶瓷的高频响、高输出力特性,并采用环形压电叠堆来优化阀的结构尺寸。建立了压电直驱式节流阀的数学模型,通过理论计算和仿真分析得到,该压电式节流阀从阀芯位移量、响应频率、流量特性角度都能满足脉动主动控制对消振阀的要求。     

基于加速模态差值法的桁架结构早期损伤识别研究

针对起重机械的桁架结构,分析了损伤的严重后果,提出了用加速模态差值法识别早期损伤.首先建立有限元模型,随机选取一根杆件,通过降低其刚度来模拟早期损伤;然后对未损桁架和损伤桁架分别进行模态分析,并提取两者的模态振型数据,通过计算机处理得到损伤前后的加速模态振型,然后进行对比分析,找出加速模态振型变化最大的节点,即为损伤节点,进而找到损伤杆件.实例分析表明,提出的方法合理可行.     

柔性智能桁架结构的独立模态空间控制方法实验研究

针对空间柔性智能桁架结构 ,进行了实验室控制仿真。实验基于最优控制理论 ,采用独立模态空间控制方法设计了空间柔性智能桁架结构的振动主动控制规律。通过测量加速度 ,进行了柔性智能桁架结构的实时振动主动控制实验。实验结果表明该控制使被控模态阻尼比增加 ,频响函数的幅值衰减较大 ,有较明显的控制效果     

高速弹性连杆机构振动的复模态主动控制研究

应用 Hamilton虚功原理 ,建立了含有压电元件的弹性机构振动主动控制有限元模型。运用复模态理论 ,研究了机构的独立模态振动主动控制问题 ,给出了一种简便的包含状态反馈和干扰前馈的混合主动控制技术。针对一曲柄摇杆机构 ,进行了动态分析和主动振动控制的数值仿真。计算结果表明 ,本方法可以有效地控制系统的弹性振动     

压电陶瓷用于智能梁结构的振动控制研究

从理论和实验两方面分析了利用压电作动器进行柔性梁结构振动主动控制的机理,建立了相应的实验系统,得出了智能梁结构的振动位移和驱动电压及传感电压之间的关系。实验中采用直接负反馈和趋势预测反馈控制方法,对智能梁结构进行了有效的振动主动控制,得到了良好的效果。     

压电智能悬臂梁结构振动主动控制仿真

为了提高LQR最优控制方法对压电类智能结构的振动控制效果,推导了表面离散分布压电元件的柔性悬臂梁结构的驱动和传感方程以及梁的弯曲振动方程,用模态分析方法对方程进行解耦和模型降阶,建立控制系统的状态空间方程。利用有限元分析方法来衡量压电元件对梁固有特性的影响,对状态空间方程的自振频率和振型函数进行修正,得到更为精确的数学模型。通过一悬臂梁的LQR最优控制仿真实例表明,经过模型修正后的最优振动控制效果更好。     

垂尾抖振响应主模态控制的地面模型实验

根据飞机垂尾抖振响应的特点,提出飞机垂尾抖振响应主模态控制概念和方法,用于垂尾抖振响应压电主动控制系统设计.采用自主研制的弓形压电作动器,并用随机激励力模拟抖振载荷,进行了垂尾模型抖振控制地面实验.结果表明,采用抖振主模态控制方法,可使垂尾模型梢部抖振位移响应功率谱密度函数的第1阶模态峰值降低94％,第2,3阶模态峰值分别降低53％和85％；采用弓形压电作动器为控制执行元件可有效实施垂尾抖振响应主动控制.     

压电元件在智能结构中的选位及有限元分析

通过对压电薄板的特性分析,建立压电薄板结构的数学模型,并对压电元件在压电智能结构中的布置进行了分析和阐述.通过有限元仿真的方法,进行了模态分析和动态响应分析,进一步阐述了压电元件位置对压电控制效果的影响.