智能柔性结构振动主动控制中枢驱动器的最优配置

从振动主动控制系统的振动能量和控制能量的角度出发,应用最优控制理论,对智能柔性结构振动主动控制中驱动器的最优配置策略进行了研究,给出了相应的控制规律。为了获得最佳的控制效果,引入了改进的基因遗传（ＧＡ）算法,并以悬臂梁为例,讨论了压电驱动器的位置,数量,配置方式以及控制增益对智能柔性结构振动主动控制效果的影响,为智能梁的结构设计奠定了理论基础。     

空间柔性天线展开臂的半主动振动控制研究

大型柔性天线展开臂结构由于其尺寸大,阻尼和刚度小,其振动呈现明显的低频特性,且很难在短时间内迅速衰减,从而影响天线工作性能。传统的被动控制大都采用阻尼材料,通过增加阻尼的方法来进行控制,这种控制方法对低频柔性结构的控制效果是有限的。因此研究带负载的复合材料柔性展开臂结构的振动抑制问题,提出用压电元件粘贴在展开臂结构表面作为传感器和驱动器,用基于同步开关阻尼技术的自适应半主动振动控制方法控制压电驱动器,从而对展开臂结构实现振动控制。完成了展开臂模型的建立和仿真分析,建立了展开臂结构的开关阻尼半主动控制试验平台,设计并制作了控制电路,针对需要控制的结构一阶弯曲模态进行压电元件的合理布设。对不同激励下的振动进行了展开臂结构的控制试验,试验结果显示该方法对带负载柔性天线展开臂结构的振动具有良好的抑制效果,对于初始位移为100 mm的瞬态激励振动工况,受控系统等效阻尼比由0.6%增加至4.03%;对于稳态振幅为50 mm的稳态振动工况,系统控制后结构端部振动幅值降低至10 mm,稳态振动幅值降低了16.843 dB。在大型柔性结构中具有非常好的应用前景。     

智能柔性结构振动主动控制中驱动器的最优配置

从振动主动控制系统的振动能量和控制能量的角度出发,应用最优控制理论,对智能柔性结构振动主动控制中驱动器的最优配置策略进行了研究,给出了相应的控制规律。为了获得最佳的控制效果,引入了改进的基因遗传（ＧＡ）算法,并以悬臂梁为例,讨论了压电驱动器的位置、数量、配置方式以及控制增益对智能柔性结构振动主动控制效果的影响,为智能梁的结构设计奠定了理论基础。     

行星减速器驱动旋转双柔性梁T-S模糊振动控制

旋转双臂的柔性结构在转动调姿时或外部扰动的影响下产生振动,将影响系统的稳定性和定位精度,减速器间隙非线性影响旋转双柔性梁结构的动态特性,加大了控制难度。研究了一种多变量非线性T-S模糊(nonlinear T-S fuzzy,简称NTS)控制算法,利用模糊控制器的多变量解耦控制能力以及T-S模糊规则具有的分段控制特点快速抑制柔性结构小幅值振动。设计并建立了交流伺服电机通过行星减速器驱动转动的双柔性压电梁结构实验平台。利用压电传感器采集振动信号,压电驱动器和交流伺服电机驱动器抑制柔性结构振动,对该控制方法进行实验研究。实验结果表明,相对于比例加微分(proportional and derivative,简称PD)控制算法,非线性T-S模糊控制算法对于系统的大幅值振动和小幅值振动都有较快速的振动抑制效果。     

基于复合喷气压电驱动器的柔性机械臂振动控制

空间机器人和大型柔性空间结构在航天器调姿、变轨、外部扰动的情况下将引起振动问题,其低频大幅值振动将持续很长时间,这将影响航天器系统的稳定性和控制精度.为了快速抑制低频大幅值振动及残余振动,提出采用复合可控反作用力幅值的喷气式驱动和压电陶瓷驱动方案进行振动控制.进行基于复合控制的柔性臂系统动力学建模并给出控制算法.设计并建立柔性机械臂试验平台,构建气动驱动控制回路及压电驱动控制回路.进行基于压电陶瓷驱动器、喷气式驱动器及复合喷气和压电驱动器的柔性臂大幅值低频模态振动控制的几种方法试验比较研究.试验结果表明,采用的控制方案和方法既可以快速地抑制柔性机械臂统的低频大幅值振动,又明显地同时抑制高频和低频小幅值残余振动.     

基于压电元件的振动主动控制

对配置压电元件作为传感器、驱动器,基于自适应滤波技术的柔性结构主动振动控制进行了实验研究。介绍了压电传感器、驱动器原理及其检测、驱动电路,阐述了自适应控制的基本原理,导出了控制算法,并介绍了控制系统构成,实验结果验证了本文所述方法的有效性。     

基于加速度反馈的挠性智能结构振动主动控制

空间柔性机器人和航天器挠性附件在转动调姿时或者外部扰动带来的振动问题,尤其是在平衡点小幅值的模态频率上的振动很难控制,这将影响系统的稳定性和指向精度.为解决该问题,提出一种基于加速度传感器信号反馈的非线性控制算法,在理论上分析其稳定性和优越性.由于加速度传感器和压电驱动器或电动机的异位配置带来的相位滞后导致控制系统为非最小相位系统,在提出的加速度反馈控制算法中通过移相技术进行补偿相位滞后,并结合低通滤波器和正位反馈控制以及非线性逻辑积分阻尼器对系统的振动进行快速抑制,尤其抑制平衡点附近小幅值振动.设计并建立压电挠性智能结构试验平台,利用加速度传感器、压电片和交流伺服电动机驱动器抑制挠性结构振动,对提出的控制方法进行试验比较研究.试验结果表明,采用提出控制方法能够快速地抑制系统的振动,尤其能够快速抑制平衡点小幅值的振动.     

柔性自适应桁架结构的振动控制方法实验研究

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了空间柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究。通过加速度传感器测量位移的实验,建立了由dSPACE数据采集与处理系统、压电传感器、压电作动器、桁架结构和微机实时测控组成的实时计算机控制系统。基于自适应桁架结构的有限元理论,采用改进的二次积分力反馈控制方法,研究了空间柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题。通过正弦激励进行了实时控制实验,给出了控制前后节点18x方向的位移振幅抑制变化情况及功率谱响应曲线。实验研究结果表明,该控制方案对空间柔性结构的低频大幅振动有很好的控制效果。     

基于压电反馈驱动的液压柔性机械臂抑振方法

为了抑制大型双连杆液压柔性机械臂末端振动,以重载上、下料液压柔性机械手臂为研究对象,针对机械臂在运动过程中末端振动的现象,通过伺服液压系统-Euler Bernoulli梁模型、Lagrange方程和Jacobian矩阵,设计一种基于压电反馈驱动系统控制方法,利用机械臂末端搭载的压电敏感传输器、压电驱动器和反演控制设计方法,研究伺服液压缸运动振颤、液压缸与机械臂关节卡顿和机械臂杆件弹性振动对液压柔性机械臂末端振动的影响规律。仿真结果表明,该抑振控制方法稳定性较好,针对液压柔性机械臂能显著减小末端振动,缩短振动衰减时间,定位精度得到明显改善。     

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。     

压电材料与智能结构在振动控制中的研究与前景展望

智能结构具有自诊断、自适应特性,越来越多地应用于航天结构、机器人、高精度光学系统等方面.压电材料具有正、逆压电效应,既可以作为作动器又可做传感器,因而常被应用于智能结构.基于压电材料的特点介绍了振动控制方法,对目前智能结构在振动控制领域的应用现状进行了回顾,最后指出了今后需要解决的主要问题.     

压电机敏结构嵌入式控制器的开发与验证

为探索压电主动机敏结构测控单元微型化及高速处理技术,设计开发了一种以ARM和DSP为核心的双核嵌入式控制器;阐述了系统构成与核心部件、系统软硬件设计思路、功能指标和开发过程;通过构建模型结构和试验平台,结合自适应滤波前馈振动控制算法,进行了压电机敏柔性结构振动主动控制试验。试验结果验证了所设计嵌入式控制器的可行性和有效性,并在压电机敏结构测控系统微型化方面获得有益结果。     

基于Lamb波的压电陶瓷/环氧树脂复合材料传感器制备及应用

风力机叶片、飞机机翼等结构均为大面积曲面板类结构,基于Lamb波的结构健康检测技术对细微损伤比较敏感,是目前最具应用前景的技术之一。传统的Lamb波传感器大都采用PZT陶瓷制成,质地脆且硬度大,不能适应于曲面结构检测。将PZT陶瓷粉末与环氧树脂复合制备了一种新型柔性0-3型压电复合材料,研究了质量比、极化电场、极化温度和极化时间等因素对压电复合材料性能参数的影响,开展了多因素正交实验来确定材料制备的最优极化工艺参数。实验研究了该压电复合材料制成的传感器对Lamb波的传感响应特性,与现有的MFC、PVDF和传统压电片等传感元件的响应特性进行了对比分析。将制备的传感器应用于翼型曲面板,利用椭圆定位方法进行损伤检测。研究结果表明,PZT陶瓷/环氧树脂压电复合材料传感器具有良好的传感响应特性,能够很好地贴合于曲面板表面,与只能部分耦合于曲面板的传统压电片相比,采集的Lamb波信号更加准确,从而为曲面板类结构健康监测提供一种新型的柔性压电传感技术。     

考虑粘贴层影响的智能结构梁分布力模型

以线性应变理论为基础,提出了考虑粘贴层影响的智能结构梁分布力模型。分别导出了单面粘贴驱动器和双面粘贴驱动器时的分布力模型的计算公式。通过数值模拟,分析了压电驱动器的驱动性能及其影响因素。     

复合材料结构振动控制方法研究

从压电材料的非线性本构关系出发,应用Hamilton原理推导含有压电材料复合材料结构的变分方程,并证明对于具有二次本构关系的压电材料可以直接由二次本构关系得到其变分方程,推导出含有二次本构关系压电材料的复合材料结构的有限元动力方程,并提出利用压电材料的非线性进行复合材料结构振动控制的一种新方法.     

Dynamic analysis of structures with piezoelectric actuators based on thermal analogy method

The thermal analogy method is presented to predict the dynamic behavior of complex structures with piezoelectric actuators. Based on the analogy between the converse piezoelectric effect and thermoelastic effect, an applied electric field is modeled as a thermal load and piezoelectric strain coefficients characterizing an actuator are input as thermal expansion coefficients. Thus a voltage actuation can be exactly simulated using conventional tri-dimensional elastic elements with the thermal actuation rather than using piezoelectric elements. Finally, numerical results in terms of the transient response of a cantilever beam with surface bonded piezoelectric actuators demonstrates the validity of this method, which can be used to assist in the design of complex smart structures and implementation of piezoelectric control systems.     

Piezoelectric smart structures for noise reduction in a cabin

The feasibility of piezoelectric smart structures for cabin noise problem is studied numerically and experimentally. A rectangular enclosure, one side of which is a plate while the other sides are assumed to be rigid, is considered as a cabin. A disk-shaped piezoelectric sensor and actuator are mounted on the plate structure and the sensor signal is returned to the actuator with a negative gain. An optimal design of the piezoelectric structure for active noise control of the cabin is performed. The design variables are the locations and sizes of the disk-shaped piezoelectric actuator and sensor and the actuator gain. To model the enclosure structure, a finite element method based on a combination of three dimensional piezoelectric, flat shell and transition elements is used. For the interior acoustic medium, the theoretical solution of a rectangular cavity in the absence of any elastic structures is used and the coupling effect is included in the finite element equation. The design optimigation is performed at resonance and off-resonance frequencies, with the results showing a remarkable noise reduction in the cavity. An experimental verification of the optimally designed configuration confirms the feasibility of piezoelectric smart structures in resolving cabin noise problems.     

压电结构的有限元分析方法

提出了一种新的压电结构有限元分析方法，即压电薄板立体单元法。利用哈密顿原理推导出压电结构的变分方程，建立了智能结构的有限元动力方程。并以具有压电薄层的层合板为例进行了研究，证明了本文所用方法简单、正确     

非铅基压电陶瓷体系的研究及进展

说明了铅基压电陶瓷与环境保护的不协调性以及锆钛酸铅 (Pb(Zr,Ti)O3 )系列材料的不足。系统地总结了目前已有的和研究中的非铅基压电陶瓷体系 ,介绍了各体系展开的研究工作 ,归纳了成功的经验。详细论述了钛酸铋钠 ((Na0 .5Bi0 .5)TiO3 )为基的系列无铅压电陶瓷材料体系和铋层结构材料 ,并针对这两个体系阐述了在各自的研究中有待进一步解决的问题。     

Vibration Control of a Composite Beam Using Self-sensing Semi-active Approach

Structural vibration control was an active research area for the past twenty years because of their potential applications in aerospace structures,civil structures,naval structures,etc.Semi-active vibration control methods based on piezoelectric actuators and synchronized switch damping on inductance(SSDI) techniques attract the attention of many researchers recently due to their advantages over passive and active methods.In the SSDI method,a switch shunt circuit is connected to the piezoelectric patch to shift the phase and amplify the magnitude of the voltage on the piezoelectric patch.The most important issue in SSDI method is to control the switching actions synchronously with the maximum vibration displacement or maximum strain.Hence,usually a displacement sensor is used to measure the vibration displacement or a collocated piezoelectric sensor is needed to measure the strain of the structure near the piezoelectric actuator.A self-sensing SSDI approach is proposed and applied to the vibration control of a composite beam,which avoids using a separate sensor.In the self-sensing technique,the same piezoelectric element functions as both a sensor and an actuator so that the total number of required piezoelectric elements can be reduced.One problem in the self-sensing actuator,which is the same as that in the traditional collocated piezoelectric sensors,is the noise generated in the sensor signal by the impact of voltage inversion,which may cause extra switching actions and deteriorate control performance.In order to prevent the shunt circuit from over-frequent on-and-off actions,a simple switch control algorithm is proposed.The results of control experiments show that the self-sensing SSDI approach combined with the improved switch control algorithm can effectively suppress over-frequent switching actions and gives good control performance by reducing the vibration amplitude by 45%,about 50% improvement from the traditional SSDI with a separate piezoelectric element and a classical switch.