压电智能结构振动半主动控制研究

摘要

随着现代工业的快速发展，对轻薄柔性材料的应用越来越广泛，轻薄柔性材料的引入显著增加了结构体的弹性，弹性的增加必将导致结构易发生振动，久而久之会对结构的性能产生破坏作用。如何行之有效地抑制振动已成为结构控制领域的一大热点。随着控制技术的日益完善，应用压电智能材料开展振动半主动研究已成为振动抑制的新趋势。压电材料具备正逆压电效应，既可作为传感器，亦可作为驱动元件参与到控制系统中。半主动控制的最大优势在于仅需要较小的功耗就可以间接增大系统的阻尼（或刚度），实现振动控制，并且不需要多通道功率放大装置。鉴于压电材料的上述优点，本文系统开展了低功耗压电半主动控制技术的研究，其研究内容如下：
　　（1）系统开展同步开关阻尼技术的研究，对比了自供能SSDI（同步开关电感阻尼）技术，（同步开关负电容阻尼）技术和采用速度检测的SSDI技术，并开展了压电悬臂梁抑振验证实验研究，取得了良好的控制效果。最后，依据实验结果，详细分析了影响三种半主动控制电路抑制效果的主要因素。
　　（2）结合PWM（脉宽调制）技术，提出了一种全新的压电半主动控制方法，解决了困扰原有压电半主动控制的数项难题。如策略过于简单，无法使用成熟控制理论；仅依靠翻转电压产生控制力，效果有限等弱点。新方法沿袭了半主动控制的开关控制思想，但在控制系统中引入了PWM技术和反馈控制，不仅能够应用更加灵活的控制策略，还避免了功率放大器等大功率器件的使用。论文分别结合PID控制策略和LMS自适应滤波控制策略，研究了PWM半主动控制系统硬件、算法实现，并结合验证实验，对比了速度反馈（阻尼控制）与位移反馈（刚度控制）的实际效果。
　　（3）开展了基于压电材料的能量采集研究，针对非线性能量采集装置中高低能量轨道并存的现象，为增大输出功率设计了能量跃迁激励电路。该电路可激发处于低能量轨道的振子，使其跃迁到高能量状态，实现大幅度谐振。

目录

第1章 绪言

1.1研究意义

1.2基于压电材料振动控制的方法及研究现状

1.3研究内容及论文安排

第2章 基于压电材料的振动半主动控制原理

2.1压电元件的基本特性

2.2 振动半主动控制原理

第3章 同步开关阻尼技术

3.1同步开关阻尼技术的原理

3.2 实验装置及实验结果分析

3.3 总结

第4章 基于PWM调制的同步开关阻尼技术

4.1 PWM减振技术简介

4.2 PWM调制的开关控制策略

4.3 PWM技术减振理论技术

4.4 PWM调制的技术试验

4.5 总结

第5章 基于LMS算法的PWM调制同步开关阻尼技术

5.1 自适应滤波算法介绍

5.2实验分析

5.3 总结

第6章 压电能量采集技术

6.1介绍

6.2非线性系统分析

6.3能量驱动及采集电路

6.4总结

第7章 总结及展望

7.1工作总结

7.2后续工作展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢

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