基于光压电混合驱动空间板壳结构振动主动控制的研究

摘要

利用智能结构应用于空间板壳结构的振动控制已经成为一个新的研究热点。本文将铁电陶瓷材料镧改性锆钛酸铅（lanthanum modified lead zirconate titanate简称PLZT）与压电作动器结合起来，利用PLZT的非接触激励、产生的光电压高、可远程遥控与压电作动器响应速度快的优点相结合，提出光压电混合驱动的新型控制方法。本文将开展光压电混合驱动应用于空间板壳结构振动主动控制问题的研究，为航天器板壳结构的振动控制提供新的方法。
　　在对PLZT电压产生机理的研究基础上，建立了光压电混合驱动的等效电路模型，并推导出驱动电压及应变的数学表达式，并搭建实验平台对光压电混合驱动的滞后性进行研究，通过与PLZT光电作动器的对比分析，证明了采用光压电混合驱动的控制方法后可以解决PZLT的应变滞后性问题。
　　在滞后性分析实验平台的基础上探究光压电混合驱动的影响因素，研究作动器驱动电压随光照强度、压电作动器的电极表面面积及压电作动器的厚度改变的变化规律，并推导出压电作动器等效电阻与压电作动器电极表面面积及作动器厚度之间的关系式，在进行影响因素研究的同时，验证了在不同光照强度情况下光压电混合驱动数学模型的正确性。
　　作动器的位置及几何尺寸等参数的改变会影响作动器产生驱动力的大小，为了确定最优的作动器构型参数值，本文以开口圆柱壳为被控对象，对层合结构进行动力学建模，并进行模态分析，以模态控制力的最大化为准则研究作动器构型参数的优化方法。
　　本文研究了多片PLZT驱动的激励策略，通过研究解决了PLZT受极化长度限制产生光电压有限的缺点，并提高了驱动电压的响应速度。通过采用逻辑开关电路，利用控制器给电路发出控制信号控制电路各线路通断的方法，使压电作动器获得较高的初始电压，并使PLZT与压电作动器在一个振动周期内完成正反接实现全周期控制，并采用两个PLZT分别与压电作动器正反接的方法降低电荷损失量。最后通过悬臂梁主动振动控制实验验证了光压电混合驱动控制方法的有效性。
　　本文针对空间板壳结构的振动控制问题，提出光压电混合驱动的全新控制方法，对理论基础进行了详细的研究，并验证了其在振动控制上的优越性，为智能结构在空间板壳结构振动控制领域的应用提供新的思路。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3本文主要研究内容

第2章 数学模型的建立及滞后性分析

2.1 引言

2.2 PLZT数学模型

2.3 光压电混合驱动的数学模型

2.4 光压电混合驱动的滞后性分析

2.5 本章小结

第3章 影响因素分析及数学模型的验证

3.1 引言

3.2 PLZT电学参数的测定

3.3 光强对驱动电压的影响及数学模型的验证

3.4 压电作动器电极表面面积对驱动电压的影响

3.5 压电作动器厚度对驱动电压的影响

3.6 本章小结

第4章 动力学建模及作动器构型参数优化

4.1 引言

4.2 层合结构的动力学方程及模态分析

4.3 作动器及结构构型参数的优化

4.4 本章小结

第5章 控制策略及控制实验的研究

5.1引言

5.2 压电作动器工作电压的提高

5.3 光压电混合驱动主动控制的实验研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢