基于一阶PPF的垂尾振动分数阶控制

针对传统正位置反馈（PPF）与一阶PPF控制器控制效果与鲁棒性不足,难以适用于结构动力学特性存在摄动的问题,提出一种新的基于分数阶微积分理论和一阶PPF的分数阶（FOPPF¹）控制器,增加了一阶PPF控制器的可设计空间。综合考虑随机响应的频域特性与整体波动强弱,构造了控制器优化设计的目标函数。以粘有宏纤维压电复合材料（MFC）压电片的垂尾模型为被控对象,设计了相应的FOPPF¹控制器。该控制器在控制目标频段内的相频特性变化平缓,可有效实现控制相位补偿,且闭环极点对参数摄动不敏感,使得控制器的鲁棒性强。通过试验研究了FOPPF¹控制器对于自由振动与窄带随机振动的抑制性能。相比一阶PPF控制器,对标称垂尾模型,FOPPF¹控制器在自由振动抑制试验中的等效阻尼系数提高了约50%。当给垂尾模型的一阶弯曲固有频率引入一定量的离线摄动或在线摄动后,窄带随机振动控制试验的结果表明,FOPPF¹控制器的鲁棒性、控制效果及控制能耗率明显优于经典的一阶PPF控制器,因此对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。     

压电驱动器的气动弹性应用

 随着压电智能材料与结构的发展,压电驱动器在气动弹性控制领域占据重要地位。使用压电驱动器控制翼面变形,利用而不是抵抗气动弹性效应可以控制升力、力矩以及它们的分布。采用基本相同的智能结构翼面控制系统,根据不同的控制目标需求,使用压电智能材料驱动器可以达到多种目的,包括静态的形状控制与动态的颤振抑制、抖振控制与阵风响应控制。静态控制方面例如改变翼面形状获得附加空气动力以增加升力、提供横滚力矩、改变升力分布以减小诱导阻力或减小翼根弯矩等;动态控制例如利用改变翼面形状产生的附加空气动力作为控制载荷,改变气动弹性系统的耦合程度,根据控制效果要求可作为气动阻尼、气动刚度或气动质量。这种控制方法可以减轻结构重量,提高操纵效率,扩大飞行包线,提高材料利用率,已成为可变形飞行器的重要研究内容。本文主要阐述压电驱动器气动弹性应用的动机与机理、发展与成就以及问题与展望。     

微型推力器阵列测试台研究

为了满足微型推力器阵列测试的需求,以4个高精度压电石英传感器为核心,设计了可以测试一个或者两个点火推力器的主推力并能计算出其位置坐标的测试台,并对测试系统进行了静态标定方法和动态谐响应分析研究,对台架X形板进行了去除材料85%以上的拓扑优化,最终使得本系统从理论上满足测试要求.      

基于压电陶瓷材料数控机床精密预紧系统研究

本文设计了一种数控机床用压电陶瓷执行机构,并对控制系统进行了整体设计和分析,重点提出了电压/电流复合控制方案,简化了控制过程,降低了控制的复杂度,较传统压电驱动器提高了压电陶瓷材料执行机构的控制线性度,同时增强了系统的静态稳定特性和动态响应特性。     

变截面梁式压电智能板振动控制的小波模式

基于 Daubechies小波理论的尺度函数变换 ,对于变截面悬臂板结构的弯曲建立了由压电片感应器的观测电量识别挠曲变形构形的显式关系式。此基础上 ,采用具有位移与速度信号负反馈控制律后 ,建立了抑制振动的压电动力控制程序。由于小波尺度函数逼近具有低带通性质 ,即具有自动滤除高频分量的能力 ,该控制程序将不会出现由观测溢出与控制溢出耦合而造成的控制失稳 (即在抑制低频 (阶 )扰动时系统激发出高频 (阶 )扰动的现象 )。数值仿真结果表明 :该控制方法所能控制的模态阶数与压电片数相同 ,而且其控制程序在抑制外界干扰方面是有效的。     

二元智能复合材料结构变形分析

提出了嵌入形状记忆合金丝和压电陶瓷片作为联合变形驱动器的二元智能结构,并建立了有限元模型．驱动器镶嵌于层板表面或内部,其中压电陶瓷片作为压电铺层;形状记忆合金丝的驱动力当量为与温度相关的节点载荷．算例比较了不同种驱动方式的变形效果,并进行了试验验证．结果表明在二元智能结构的形状控制中,形状记忆合金丝承受主要的载荷,压电陶瓷片作变形修正,可以发挥各自的优点．      

大力值精密机械力源的研制

运用"平面二次包络弧面蜗杆传动"技术,研制出一种"轴向可调隙蜗轮蜗杆传动付",将它应用到力源动力传动的伺服减速机构中,驱动精密滚珠丝杠上的动横梁来完成对参考力传感器的粗加载。运用物理学中的"逆压电效应"原理,采用压电陶瓷材料和专门的工艺方法制作的力传感器微变形补偿装置——压电陶瓷力调节器,并将它应用到力源的精加载闭环控制中,实现了大载荷下参考力传感器微小力值变化的精确控制,研制出的大力值精密机械力源最大负荷为3 MN。     

第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会在南京召开

2008年12月6日“第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会”在南京航空航天大学逸夫科学馆隆重召开。此次大会由中国力学学会、中国声学学会和IEEE UFFC-S主办,南京航空航天大学、南京大学和江苏省力学学会联合承办。     

基于PLZT的RAINBOW陶瓷的特性及其微观结构

RAINBOW陶瓷是一种具有内部应力偏移 ,并具有特殊的拱形结构的大位移驱动材料 ,它是通过将普通的压电陶瓷在高温下化学还原制备所得。实验表明 ,PLZT压电陶瓷具有较好的还原性能 ,还原层厚度与时间有线性关系 ,理想的还原条件为 :95 0℃保温 1～ 1 5h ;电镜照片显示RAINBOW陶瓷有明显的分层结构 ,还原层表现出穿晶断裂而未还原层则是沿晶断裂的特征。XRD谱发现还原层主要由金属Pb及PbO ,ZrO2 ,ZrTiO4等氧化物组成 ,原先的晶体结构已不存在 ;还原机制的理论分析与实验结果一致     

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。