基于LQG自校正器的机翼颤振主动抑制

研究了一种基于LQG自校正器的机翼颤振主动抑制设计方法.以带有后缘控制面的柔性机翼为研究对象,采用在线辨识来获取系统的时变参数,利用Kalman滤波器重构状态,通过求解离散时间代数Riccati方程得出机翼颤振主动控制律.在Simulink仿真平台上实现了上述方法,仿真结果表明,该控制器能够有效抑制机翼颤振的发生并具有一定的鲁棒性.     

压电智能结构的主动控制及压电执行器布局优化

本文对压电梁、板结构振动主动控制进行了研究,分别建立了压电悬臂梁的耦合动力学方程以及Kirchhoff假设下矩形压电薄板的耦合动力学方程,通过采用独立模态空间控制法,实现了对压电智能结构前两阶模态的主动振动控制.为提高主动控制的抑振效果,通过仿真实例分析了压电执行器在梁上的不同布局对于主动控制抑振效果的影响,得到了压电执行器粘附于悬臂梁上的最佳布局.最后实验验证了压电悬臂梁在自由振动以及模态共振下压电执行器对于悬臂梁响应控制的可行性和有效性.     

压电柔性机械臂的主动振动控制研究

针对柔性机械臂的振动问题,采用压电智能结构作为敏感器和驱动器进行主动控制.首先建立柔性机械臂的实验装置,其次对设计的柔性机械臂系统进行辨识研究,得到系统的前二阶模态频率,再次采用PD控制和PPF控制算法对柔性机械臂进行主动振动控制.实验结果表明,采用压电智能结构可以抑制柔性机械臂的振动,效果明显.     

抑制机翼主动颤振的输出微分调节器

机翼的主动颤振抑制技术是现代弹性飞行器设计的重点,传统的基于输出量最小化设计的线性二次最优调节器(LQRY)由于引入的信息量少,其抑制颤振的效果并不理想.本文提出了一种基于输出微分项推导的最优调节器(ORW)设计方法.与LQRY方法相比,该方法引入了更多的系统信息,能够有效抑制无法直接测量的输出微分项的振动,从而更快地抑制输出的振动.最后对典型的气动弹性主动控制系统(BACT)模型,分别采用LQRY和ORW调节器对机翼颤振进行抑制,仿真结果表明,新方法能够更加快速有效地抑制机翼的颤振.     

压电智能挠性悬臂板主动振动控制试验研究

航天器上太阳帆板这种悬臂外伸薄板结构的挠性附件，存在有扰动条件下引起的振动，可采用压电智能结构对悬臂板进行主动振动控制。文章对设计的挠性悬臂板系统进行系统辨识，得到板系统的前三阶模态频率及阻尼比，并采用PD控制和PPF控制算法对板的前三阶模态(包括弯曲模态和扭转模态)进行主动振动控制。试验结果表明，采用压电智能结构可以抑制挠性悬臂板的振动．效果明显。     

采用MFC压电作动器对复合材料悬臂板振动主动控制

针对复合材料层合悬臂板,在其上表面铺设压电纤维复合材料MFC作为作动器,同时在下表面对称铺设压电薄膜(PVDF)作为传感器,应用速度反馈控制方法研究其主动振动控制.运用Hamilton原理和假设模态法推导含多个MFC作动器的复合材料层合板的力电耦合结构运动方程,其中考虑了MFC作动器作为悬臂板附加质量及刚度的影响.基于模态控制力/力矩最大化的原则,将多对MFC作动器/PVDF传感器铺设在层合悬臂板前几个低阶模态应变最大的区域,通过算例得出结构受控前后的时域和频域响应以及各MFC作动器所需的控制电压曲线.讨论复合材料层合板纤维铺设角度不同情况下,作动器MFC铺设位置及压电纤维铺设方向的相应变化.     

基于压电陶瓷的柔性机器人主动抑振控制策略研究

柔性机器人因其轻质、高效、低能耗等优点已被广泛应用于航空航天,工业制造等诸多领域。然而,柔性机构易产生弯曲变形,引起系统振动而大大降低机器人的工作精度。为提高柔性机器人的工作性能,多种抑振策略得以研究与应用。提出了基于压电陶瓷（PZT）的柔性机器人振动主动抑制策略。其中,PZT传感器和PZT制动器分别被用来检测和抑制柔性臂的振动。本文构建了基于PZT材料的单自由度柔性机械臂的理论模型,并获得了传感电压与制动电压的传递函数。设计了一个可变控制方案的抑振器以抑制系统在不同频率下的振动。在COMSOL中进行仿真,获得了系统的抑振率。根据仿真结果显示,柔性臂在前三阶振动下,臂的末端位移分别得到了57.04%,57.76%与58.96%的抑制;系统的动能得到了57.95%,71.19%与87.81%的抑制。     

利用压电元件的空间挠性结构振动主动控制研究

挠性结构是一种典型的空间结构形式,这种结构有模态频率低、模态密集和阻尼小的特点,在外界扰动下易引起振动,对航天器的定位精度和精密仪器的正常工作造成影响,但传统的被动振动控制方法难以奏效。基于压电元件的振动主动控制是最有潜力的一种振动抑制方法。本文模拟空间结构制作一挠性梁,通过实验分析和压电传感器／驱动器布置位置和数量的优化设计,采用独立模态方法对梁的振动进行控制,取得了良好的抑振效果。     

石墨烯增强复合材料悬臂板的气动颤振分析及振动抑制研究

本文针对石墨烯增强复合材料悬臂板的气动颤振特性及振动控制问题开展了研究.利用Halpin-Tsai及混合率计算了石墨烯增强复合材料的等效材料参数,运用经典板理论、第二类压电方程和Hamilton原理得到了结构的运动控制方程.通过Rayleigh-Ritz法计算了石墨烯增强复合材料悬臂板的固有频率,探究了X-GPLs,U...     

压电复合梁高阶有限元模型与主动振动控制研究

大型柔性空间结构的振动控制问题引起了广泛的关注.压电材料以其低质量、宽频带和适应性强等特点,非常适合于柔性空间结构的振动控制.本文针对上下表面粘贴有分布式压电传感器和作动器的智能层梁结构,提出了一种考虑压电材料对结构质量、刚度影响的高阶有限元模型.考虑到空间结构可能承受较大的热载荷,在模型中计及了压电材料的热电耦合效应.采用常增益负反馈控制方法、常增益速度负反馈控制方法、Lyapunov反馈控制方法和线性二次型调节器方法(LQR)设计主动控制器,实现了智能层梁结构脉冲激励下的振动主动控制.仿真结果表明,LQR方法更能有效的实现结构振动控制,并且具有更低的作动器峰值电压,但不能消除热载荷引起的结构静变形.     

基于Patran和MSC Nastran的压电智能桁架结构振动模态分析

用Patran和MSC Nastran分析压电智能桁架结构振动模态,验证基于有限元法建立的智能桁架结构机电耦合动力学模型的正确性和有效性.结果表明：采用Patran和MSC Nastran针对2种典型压电智能桁架结构开展振动模态分析的结果,与采用基于有限元法建立的数学模型计算得到的模态频率及实验测试模态频率近似相等,验证基于有限元法模型的正确性和有效性,为开展主动振动控制器的设计提供模型和技术支持.     

Active control of supersonic/hypersonic aeroelastic flutter for a two-dimensional airfoil with flap

The flutter, post-flutter and active control of a two-dimensional airfoil with control surface operating in supersonic/hypersonic flight speed regions are investigated in this paper. A three-degree-of-freedom dynamic model is established, in which both the cubic nonlinear structural stiffness and the nonlinear aerodynamic load are accounted for. The third order Piston Theory is employed to derive the aerodynamic loads in the supersonic/hypersonic airflow. Nonlinear flutter happens with a phenomenon of limit...     

压电作动器在基于声辐射模态的ASAC中的应用

控制作动器的选取和设计是实现主动结构声学控制的关键一环。利用压电材料的逆压电效应,选择矩形压电片作为控制作动器应用于基于声辐射模态的主动结构声学控制中,提出了基于声辐射模态的压电作动器主动控制策略,并得到了最佳控制电压的获取方法。以简支板为例,通过压电作动器控制效果分析,揭示了压电作动器控制的内在规律;通过与单点力控制效果的比较分析,验证了压电作动器控制策略的优越性。     

基于压电陶瓷的柔性机械臂主动振动控制实验研究

柔性机构因其工作效率高,能量消耗低和结构简单等优点被广泛应用于机器人领域.但柔性机构由于刚度较低,易产生弹性振动,使机器人的定位精度和运动精度降低.为了验证在前期的工作中提出的柔性机械臂主动振动最优控制位置分析的正确性,搭建了一个基于Labview的测试系统.在柔性臂上不同位置粘贴压电片来实现对柔性臂不同位置的主动振动控制,通过测试系统得到最优控制位置处和最优控制位置附近的柔性机械臂振动的传感电压,根据控制前后传感电压的变化分析柔性臂抑制的强弱.根据实验结果显示,柔性臂在前三阶振动下,分别在其最优控制位置上获得最高的抑振率,从而验证了最优控制位置的有效性.     

A fast non-singular terminal sliding mode control based on perturbation estimation for piezoelectric actuators systems

Piezoelectric actuators (PEAs) are the key devices in micro/nano positioning system. However, the PEA performance is significantly degraded by the inherent non-linear behaviour. This behaviour is a consequence of the hysteresis properties contained within PEAs. Therefore, in micro/nano positioning applications, a robust control system has to be adopted for such actuators. This paper proposes a systematic control method that utilises a fast non-singular terminal sliding mode (FNTSM) based on online perturbation estimation technique for PEAs. Unlike other sliding mode methods, the FNTSM control method is characterised by chatter free. Besides, a zero error convergence can be guaranteed in finite time in the presence of disturbance and system uncertainties (i.e., hysteresis and gain changes). The design of the FNTSM control based on perturbation estimation (FNTSMPE) is presented. A model-free robust exact differentiator is used to estimate the states of the feedback system from merely measurable position signal. Theoretical analysis and the experimental results of FNTSMPE control reveal that high-precision and robust performance is achieved in comparison with ordinary FNTSM control.     

Refined sandwich model for the vibration of beams with embedded shear piezoelectric actuators and sensors

This work extends a previously presented refined sandwich beam finite element (FE) model to vibration analysis, including dynamic piezoelectric actuation and sensing. The mechanical model is a refinement of the classical sandwich theory (CST), for which the core is modelled with a third-order shear deformation theory (TSDT). The FE model is developed considering, through the beam length, electrically: constant voltage for piezoelectric layers and quadratic third-order variable of the electric potential in the core, while mechanically: linear axial displacement, quadratic bending rotation of the core and cubic transverse displacement of the sandwich beam. Despite the refinement of mechanical and electric behaviours of the piezoelectric core, the model leads to the same number of degrees of freedom as the previous CST one due to a two-step static condensation of the internal dof (bending rotation and core electric potential third-order variable). The results obtained with the proposed FE model are compared to available numerical, analytical and experimental ones. Results confirm that the TSDT and the induced cubic electric potential yield an extra stiffness to the sandwich beam.     

压电微固体模态陀螺的安装技术

压电微固体模态陀螺（ PMMG）利用压电PZT长方体的某高阶共振模态作为参考振动,是一种抗冲击、抗震动能力强的新型全固态陀螺。获得优化的参考振动振型对提高陀螺性能至关重要,但是大多数文献都没有涉及到封装对参考振动的影响。利用有限元方法（ FEM）分析了压电振子安装时支撑点位置与接触面积对参考振动的影响,分析结果表明：相对于接触面积的变化,支撑点位置的变化对陀螺参考模态的影响更大。该研究结果为压电微固体模态陀螺的安装方法提供了理论基础。