压电智能柔性梁振动主动控制研究

利用压电陶瓷作为作动器,对柔性悬臂梁进行了振动主动控制研究.分析了压电结构振动主动控制的原理和方法.采用独立模态控制法对柔性悬臂梁的前两阶模态实施主动控制.实验结果表明,通过振动主动控制明显增加了柔性悬臂梁的结构阻尼,取得了十分有效的振动抑制效果.      

基于风致振动机理的压电发电机实验及仿真研究

随着低功耗微机电系统的发展，越来越多的微型发电机涌现，其中压电发电机为典型的代表。针对一种基于风致振动机理的柔性压电发电机进行了实验及仿真研究：建立柔性悬臂梁流固耦合仿真模型，分析柔性梁在流场中的力学环境及颤振机理；探究压电悬臂梁在亚颤振临界风速及超颤振临界风速条件下电压输出特性及其给电容充电的性能。结果表明，当风速低于颤振临界速度时，单个压电悬臂梁输出电能较小，接近于零。当风速高于颤振临界速度时，输出电压为类正弦曲线，峰值可达20V。在超颤振临界速度条件下，单个压电悬臂梁为10μF电容充电10s可达22V。微型压电发电机为低功耗微机电系统设备供电成为可能。     

Digital simulation model piezoelectric cantilever design and analysis of beam smart elements

针对在薄壳结构上层合压电传感器与作动器的智能结构系统进行振动控制问题,提出了一种专用的数字电路化智能元仿真模型进行振动特性分析的新方法.以压电悬臂梁系统为例,利用有限差分方法将主体结构、压电传感信号及压电控制力矩的动力学偏微分方程转化为智能元差分方程;建立基于Newmark-β积分方法的智能元数学矩阵模型;在DSP数字电路系统上设计智能元仿真系统;对不同差分密度和积分时间步长下系统各个模态的输出特性进行了分析,并与相关文献中采用不同控制方法的模拟电路仿真结果进行了比较,取得了更精确的结果.该方法为压电结构系统的振动特性仿真分析提供了新途径.     

压电悬臂梁智能元数字仿真模型设计及分析

针对在薄壳结构上层合压电传感器与作动器的智能结构系统进行振动控制问题,提出了一种专用的数字电路化智能元仿真模型进行振动特性分析的新方法.以压电悬臂梁系统为例,利用有限差分方法将主体结构、压电传感信号及压电控制力矩的动力学偏微分方程转化为智能元差分方程;建立基于Newmark-β积分方法的智能元数学矩阵模型;在DSP数字电路系统上设计智能元仿真系统;对不同差分密度和积分时间步长下系统各个模态的输出特性进行了分析,并与相关文献中采用不同控制方法的模拟电路仿真结果进行了比较,取得了更精确的结果.该方法为压电结构系统的振动特性仿真分析提供了新途径.     

挠性梁振动控制中敏感器/致动器的优化配置

依据压电敏感方程和压电致动方程 ,给出了粘贴有若干压电片的挠性梁的数学模型 ;基于结构模态在可控可观性子空间上的正交投影 ,提出了压电敏感器 /致动器位置的优化设计方法 ,并将可控和可观格莱姆矩阵作为加权矩阵反映可控可观的测度。仿真计算结果表明 ,采用优化的压电敏感器 /致动器能够有效抑制悬臂梁的振动     

压电柔性结构振动的鲁棒控制

针对具有多面体型参数不确定性和外界扰动的柔性悬臂梁系统,研究其振动的鲁棒控制问题.基于压电柔性悬臂梁系统的状态方程,利用一种扩展LMI(Linear Matrix Inequality),对柔性悬臂梁的振动提出了改进的 H₂/H_∞ 综合状态反馈鲁棒控制方法.此方法针对多面体型参数不确定性系统引入不同的Lyapunov函数,降低了原来 H₂/H_∞ 综合鲁棒控制方法中由于使用一个公共Lyapunov函数而产生的保守性.通过Matlab分别采用改进和未改进的 H₂/H_∞ 鲁棒控制方法对柔性悬臂梁系统的振动控制进行了数值仿真.仿真结果表明,2种方法都使柔性悬臂梁的振动得到了良好控制,而改进方法的控制效果更好.     

智能太阳翼动力学建模与模态分析

研究柔性航天器的动力学与控制问题时,通常需要利用柔性附件的模态信息。为获取航天器的高精度姿态控制,必须解决柔性附件的振动抑制问题。配置压电传感/作动器是解决太阳翼振动控制的有效手段。针对基板表面粘贴压电传感/作动器的太阳翼,基于一阶剪切变形层板理论,建立了包含机电耦合效应对结构刚度贡献的有限元模型,并在连接机构等效梁单元中引入了轴向载荷。利用假设剪切应变方法解决了一阶剪切变形层板理论的剪切闭锁问题。仿真结果表明:太阳翼的动力学特征随压电传感/作动器配置方式的改变而改变;连接架轴向载荷可以大幅提高太阳翼的侧摆振动频率;给压电作动器施加控制电压可以增加太阳翼的结构阻尼。     

基于ANSYS的压电陶瓷PLZT特性仿真分析

针对传统的解析法和有限元法在压电陶瓷分析中的弊端,采用有限元软件ANSYS对压电陶瓷掺镧锆钛酸铅(PLZT)进行特性分析.介绍了大型有限元分析软件ANSYS及其耦合场分析功能,建立了PLZT的ANSYS模型用于分析单片、叠层和双晶片型PLZT的静动态特性.单片PLZT的输出位移与所加电压和外力载荷均成线性关系;叠层结构的输出位移因粘结层的变形而小于理论输出值;双晶片变形的ANSYS计算结果同理论分析很相近.进行压电器件分析时,可先通过ANSYS软件建立实体模型,设定几何尺寸和材料特性参数进行性能仿真,并且针对不同器件只需修改参数,程序通用性好.      

液压能源管路系统振动主动控制的理论研究

对飞机液压能源管路系统的振动问题进行了探讨.提出一种基于振动主动控制(VAC)技术对飞机液压能源管路系统进行消振的方法,在手段上采用压电/压电致伸技术,以压电陶瓷(PZT)作为作动器,具有驱动力大、响应频率高和体积小等优点;控制方法上采用参数寻优的控制策略,它能始终能根据外界干扰因素的变化来调整控制参数.经过理论分析和仿真验证,证明其具有良好的自适应性和鲁棒性,在变转速和变负载情况下始终能保持最佳的消振效果.     

结构振动抑制的独立模态控制法

以悬臂梁结构为控制对象,对独立模态控制法进行了概念性研究。利用有限元法建立了包括压电晶体在内的闭环系统的模型;理论计算值、试验值均表明独立模态控制法能够提高结构的模态阻尼,而未受控制模态的阻尼基本不变,整个闭环系统稳定。     

压电网络板的振动控制原理与控制效果

在给出压电网络板机电耦合动力学方程的基础上对其进行求解,将压电网络板的响应表示为子模态压电系统响应的线性组合.通过分析压电网络板在脉冲激励下子模态压电系统的响应行为,揭示压电网络板可以通过两种途径控制自身振动.基于对传递函数的分析进一步得到子模态压电系统的最优电学参数;在此基础上研究了针对某一阶子模态压电系统设计最优电学参数时,各阶子模态压电系统的响应行为以及压电网络板的多模态控制效果.研究结果表明,压电网络板具有多模态控制效果,特别地,当对板的某一阶次的振动控制具有较高要求时,通过对最优电学参数进行设计,电感电阻并联型压电网络板可满足要求.     

基于分布式激励的多激励源联合控制试验方法

针对高速飞行器运行过程中经受的振动环境复杂而现有的振动试验技术无法对其进行充分的振动耐久性考核的问题,提出了一种压电元件、振动台、激振器联合控制的振动试验技术.该方法将激振器、振动台安放在结构刚性较大的骨架位置以提供集中力,压电元件则分布黏贴于结构刚性较小的柔性部位以提供分布式激振力.分析了高速飞行器运行过程中的振动环境特点以及这些环境对高速飞行器产生失效的影响,并基于对压电元件材料以及激励特性的研究,分析了压电元件作为耐久性振动试验分布式激励源的可行性,最后组建完成一套集成压电元件、振动台、激振器三种激励源的试验演示系统并开展试验研究.试验结果显示,应用该方法可控制结构柔性部位上一点的振动量级达到20.8g,表明了该技术的科学性以及巨大的工程应用潜力.     

压电网络复合板的振动抑制实验研究

主要研究了压电网络系统针对薄板的振动抑制特性,在对压电网络复合板机电耦合动力学方程分析的基础上,通过设计模拟电感电路解决了压电网络复合板振动实验中最优电感值过大的问题,从理论和实验上分析比较了电阻型和电感电阻并联型压电网络复合板振动控制效果及其特点。实验证明采用均匀化处理方法建立的机电耦合动力学方程能够正确预测压电网络复合板的动力学特性,同时实验验证了压电网络的电路模态和压电复合板的机械模态的耦合关系,明确了最优电学参数选取原则,为压电网络复合板的最优参数设计提供了依据。      

压电陶瓷晶片受迫振动分析及其应用

从基本压电方程出发,推导了压电陶瓷晶片面内受迫振动计算公式,并结合共振实验,提出了一种直接测量压电陶瓷晶片压电常数的方法.与传统的压电常数测量方法相比较,本方法具有许多优点.由于减少了中间环节,测量结果的精度也得到了提高.      

压电自适应桁架结构主动控制模型及实验

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了压电柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究.由传感器、作动器与柔性梁组成压电自适应桁架结构.基于自适应结构的机电耦合理论,在测量位移的情况下,采用改进的二次积分力反馈控制方法研究了空间压电柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题.建立了压电柔性自适应桁架结构主动控制实验系统,并对这类自适应结构进行了实时计算机振动主动控制实验研究.实验研究表明柔性自适应桁架结构能够改善结构的动力学特性,对外界的干扰具有良好的自适应性.     

压电智能梁振动控制中致动片优化布置与实验

对压电智能梁振动控制中压电致的动片的大小与位置进行了优化研究。首先导出了这种系统的机电耦合的压电传感方程和压电致动方和压电致动方在于致动器的模态影响矩阵。给出了一个用于压电致动片大小、位置与数量优化的简单实用的优化准则。仿真结果表明,优化布置的压电致力可非常显著的降低控制所需能量。     

超声行波驱动的玻璃表面液滴运动数值模拟

针对液滴铺展和移动的动力学行为在工业生产和微流控芯片等领域有着重要作用,提出了一种基于超声行波理论的弹性体平板驱动模型,利用压电陶瓷的逆压电效应在弹性体玻璃产生超声行波从而驱动液滴运动。借助多物理场软件COMSOL建立液滴模型,首先进行行波分析,验证了驱动液滴的可行性。在0~60 ms中,液滴在超声行波的驱动下进行收缩-铺展的正弦振荡运动。然后通过液滴内部流场结构分析发现,当液滴半径铺展到最大后开始收缩时,液滴与基底接触面处的速度首先发生变化,表明液滴内部速度场的变化对接触线是否发生移动有着重要作用。液滴内部流场存在一个类似于椭圆形的漩涡,说明液滴运动不是单纯由于收缩-铺展而引起的平动,而是滚动着朝前运动。最后分别探讨了液滴移动速度与驱动电压、驱动频率以及动力黏度的关系,结果表明液滴移动速度受动力黏度影响较为显著。