压电智能结构振动主动控制方法研究

摘要

随着电子、航天、机械等科学技术的飞速发展，智能结构也越来越得到了世界各国的广泛关注。近年来，以压电材料为代表的各种新型功能材料广泛地应用于智能结构的研究中，推动了智能结构的发展。本文以粘贴有压电驱动器/传感器的智能悬臂梁为对象，建立了智能悬臂梁的动力学模型，并在这个模型的基础上，进行了振动主动控制律和驱动器优化配置的研究。 本文完成如下几个方面工作： 1．简要介绍了智能材料与结构的基本概念与应用，分析了压电振动主动控制技术的现状与发展； 2．根据压电材料相关理论，分析了粘贴有压电驱动器/传感器的智能悬臂梁在结构振动状态下的驱动和传感特性，建立了其动力学模型； 3．分析了目前智能结构领域中较为常用的几种振动主动控制律，并通过MATLAB仿真了这些控制律对本文模型的控制效果；提出了独立/耦合模态与LQR控制相结合的控制方法，并针对这种方法对模型的控制效果进行了仿真； 4．研究了压电驱动器的特性参数及布片方式对控制效果的影响；借助遗传算法对驱动器在本文模型中的优化配置进行了研究，并利用仿真得出了优化结果。

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第一章 绪论

1.1智能材料与结构概述

1.2压电振动主动控制技术的现状与发展

1.3本文的研究内容

第二章 压电理论及压电智能悬臂梁模型的建立

2.1引言

2.2压电材料概述

2.3压电方程

2.4压电智能梁动力学模型

2.4.1智能梁传感方程

2.4.2压电元件驱动方程

2.4.3压电智能梁系统状态空间表达式

第三章 压电智能梁振动主动控制律研究

3.1引言

3.2智能结构中的几种振动主动控制方法

3.2.1特征结构配置法

3.2.2自适应控制法

3.2.3模态控制法

3.2.4基于能量准则的LQR方法

3.2.5数值仿真计算

3.3独立/耦合模态联合控制方法

3.4小结

第四章 压电驱动器的优化配置

4.1引言

4.2压电驱动器的特性参数及布片方式确定

4.3基于遗传算法的压电驱动器最优配置

4.3.1遗传算法原理

4.3.2智能悬臂梁驱动器的位置优化

4.4仿真结果

4.5小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢