压电智能板振动主动控制有限元模拟

文章由线弹性压电层合结构有限元动力方程,进一步推导了压电智能结构的主动控制方程;采用三维八节点实体耦合单元模拟压电致动器/传感器,运用ANSYS参数化语言(APDL)建立了压电智能板结构的有限元模型,并进行模态分析,将系统耦合有限元动力方程转化为模态坐标下的系统状态空间方程;考虑了离散分布式压电致动器/传感器对于主结构...     

梁振动控制中压电作动器的位置优化准则

以输入的控制信号能量最小为目标，提出了梁结构振动控制中压电作动器的位置优化准则，基于压电片层合简支弹性梁的模态振动方程，给出了反映各压电作动器上控制电压与模态控制力之间关系的控制电压影响系数的表达式；详细推导了控制信号能量的表达式，并根据控制能量最小的准则对压电作动器的位置进行优化，数值分析中，对梁结构的振动控制过程进行系统仿真，比较了相同衰减时间下压电作动器位于梁表面不同位置时系统输入能量的大小，数值模拟所得的最优位置与理论结果非常吻合，验证了该准则的正确性。     

压电智能板的稳定性与可控性分析

从能量角度对粘贴有压电传感层与致动层的智能层板的稳定性与可控性作了理论分析，导出了反映智能板能量变化与外加控制电压之间关系的功率流的表达式，并在此基础上，得到了几个有关智能板控制系统稳定性的性质，分析了用整块致动层并施加均布电压来对板进行控制时矩形板的几种不可控情况，并讨论了压电致动层的分块对板可控性的改进作用。     

书本式分布作动器及可控约束阻尼层结构控制的实现研究

利用压电材料的逆压电效应,研制了一种新型压电作动器－书本式分布作动器,讨论了作动器的附加位置,采用比例反馈进行了主动控制试验,通过试验给出了单位电压的控制效果与书本式分布作动器的压电片层数的关系,研究结果表明,书本式分布作动器是一种能在较低驱动电压下产生较大作动力的作动器,它和约束阻尼层结合构成的可控约束阻尼层主被动一体控制技术对于薄壁结构振动的抑制效果显著,有着较好的工程应用前景。     

粘贴式压电陶瓷作动器主动控制研究

该文对粘贴式压电陶瓷作动器进行了建模，导出了考虑胶层影响的压电陶瓷晶体片与被粘贴结构的力、电关系式。使用粘贴式压电陶瓷作动器，对一段细长梁中的行波传播的主动控制方法进行了理论分析。为了验证压电陶瓷作动器的控制性能，进行了相应的主动控制试验，试验结果表明在104～305Hz频段上达到了平均减小50％的扰动行波幅值的控制效果。     

压电致动器系统迟滞特性分析及影响

为了适应微动隔振平台自适应控制的要求,提高系统响应速度,对隔振平台系统的执行元件——压电致动系统进行了迟滞特性分析。为避免系统各部分间迟滞量混淆,将压电致动系统分为驱动电源和致动器两部分,首先根据Maison等效电路分析了驱动电压的迟滞量,然后综合考虑压电堆和机械结构的动态特性。在对压电致动器整体动态建模的基础上得出了系统输出位移-电压的迟滞量表达式,由表达式分析了影响迟滞的六个因素及影响。为高精度压电驱动系统的设计、控制系统的优化提供了依据。     

基于PDT的压电双晶片传感特性分析

基于ANSYS的概率设计技术对压电双晶片位移型传感器的位移特性和灵敏度特性进行了有限元分析.求得了压电双晶片位移传感器灵敏度与双晶片的材料参数和几何尺寸的关系.分析结果对于压电双晶片传感器的设计和优化具有重要的工程意义.     

压电陶瓷在车身板件振动主动控制中的应用研究

针对汽车车身低频振动不易控制的问题,将压电陶瓷作为传感/致动元件,主动控制车身板件的振动变形,以抑制或消除车身板件的低频振动。根据致动器控制力分析和车顶棚模态分析的结果,提出了压电传感器和致动器同位对称布置的方案。采用模糊控制算法,设计了振动主动控制器,并搭建了车顶棚振动主动控制实验台。独立模态振动控制试验结果表明,采用压电陶瓷智能结构对车顶棚振动进行主动控制后,压电传感器检测到的电压降低了14%～23%,即有效控制了车顶棚的低频振动。     

压电层合板的结构特性及优化分析

基于三维弹性和压电理论 ,用幂级数展开方法得到了压电层合板静态特性的三维解 ;给出了压电层与基体之间剪应力、位移、电势的三维分布图 ;讨论了工程中常用的 2类压电材料在感知和作动情况下沿压电材料厚度方向电势的分布情况 ,分析了电势可看作线性分布的条件 ;讨论了压电层及粘结层厚度变化对层合板变形的影响 ,并作了优化分析 .     

压电叠层作动器迟滞特性模型

压电叠层作动器是智能主动杆的关键部件,迟滞非线性是影响其控制应用的重要方面。在对迟滞特性进行分析的基础上,根据压电叠层作动器的工作特征,采用修正经典Preisach模型对压电作动器的迟滞特性进行建模,以预测压电作动器的位移输出,并进行了相应的实验分析。与随机电压序列的实测输出结果进行比较,该模型的误差范围小于2μm,明显优于线性模型,能更准确地预测作动器的位移输出,为实现精密的作动控制提供了可能。     

含有粘贴式压电作动器的锥壳结构振动主动控制研究

针对某卫星发射过程中所应用的适配器模型,利用4节点Mindlin板单元对其进行了有限元建模,将分布式压电作动器的影响作为动力学边界条件加入模型当中;试验数据与理论计算结果对比证明该方法能够满足精度要求,此外与通常的层合理论建模方法相比,该方法更加简洁,大大降低了计算量;利用基于独立模态空间控制的方法对锥壳结构进行了振动主动控制研究,仿真结果可以看出利用少数作动器即可达到理想的控制效果.由于控制器本身比较简单,具有很好的鲁棒性,因此对于实际工程应用具有非常重要的指导意义.     

后屈曲预压缩技术在飞机舵机系统中的应用

本文采用有限单元法建立了飞机舵机系统的刚柔耦合动力学模型,对舵机的负载输出特性进行了分析,同时利用Fluent软件对某翼型在低速下的气动参数进行仿真计算,并将计算结果导入舵机模型中,对舵机在特定马赫数下由舵偏角变化导致的负载力矩改变时的输出特性进行分析。结果表明,气动载荷的作用会减小舵机的静态输出能力,但轴向力的增加可以显著提高舵机系统的机电耦合效率,从而弥补当舵面发生较大转角时铰链力矩对舵机输出特性产生的负面影响,也进一步验证了该舵机系统完全可以满足小型飞机的应用需求。     

非均匀电场下功能梯度压电材料板的振动主动控制

针对传统分层压电构件在连接处较容易破坏的问题,使用功能梯度压电材料板中压电材料组分来实现结构的振动主动控制。提出了一个改进的功能梯度材料特性分布方程,该方程由两个参数独立地控制压电材料总体积分数和沿厚度方向的材料梯度分布形式。基于材料特性在横向的梯度变化,推导了非均匀电场下机电耦合系统的运动方程。在振动控制中,使用速度反馈控制方法获得了有效的主动阻尼。在此基础上,研究了压电材料分布类型、梯度分布指数和压电材料总体积分数对功能梯度压电材料板振动控制的影响。结果表明,功能梯度压电材料板中压电材料分布对振动控制效果有较大影响;通过优化功能梯度压电材料板控制电压的施加位置,可以获得良好的振动抑制效果。     

压电智能结构振动控制的数值模拟

文章考虑了压电传感器/激励器的刚度和质量对系统的影响,建立了压电智能结构的有限元动力方程;采用三维八节点实体压电耦合单元,运用ANSYS参数化语言(APDL)编写了压电智能结构振动主动控制的数值模拟程序;研究了系统在干扰荷载作用下P、PD和PID控制器的控制性能,分析了不同控制情况下的系统特征参数识别,并讨论了一对压电片和多对压电片对系统的控制效果,以数值算例对理论分析进行了仿真。研究所得结论对压电智能结构振动主动控制的实践具有一定的参考价值。     

压电非均衡复合材料变形有限元分析

利用基于一阶剪切层合板理论的四节点矩形压电层合板板有限单元，分析了在外载荷和驱动电压相同的情况下,五种不同铺层形式的压电复合材料变形的规律；同时对压电非均衡复合材料中弯-扭耦合系数对其变形规律的影响进行了初步的研究。研究结果对今后设计压电非均衡复合材料具有一定的指导意义。     

梁式自适应结构主动控制模型及实验研究

为提高结构对外部环境的抗干扰能力 ,构造了梁式自适应结构 ,并对其主动控制进行了研究。由传感器、作动器与梁主体结构组成梁式自适应结构。基于压电材料的本构关系 ,建立了传感方程和作动方程。根据有限元方法和现代控制理论 ,建立了梁式自适应结构的动力学方程和系统的状态方程。采用最优控制理论 (L QR) ,进行了控制器设计。建立了梁式自适应结构主动控制实验系统 ,并对这类自适应结构的动力学行为及主动控制进行了实验。实验研究结果表明梁式自适应结构能够改善结构的动力学特性 ,对外界干扰具有良好的自适应性     

压电陶瓷位置对换能器耦合振动特性的影响

基于表观弹性理论,给出了压电陶瓷晶堆处于不同位置时耦合振动换能器的设计方法.在理论推导的基础上,借助有限元软件Ansys,研究了晶片位置对换能器耦合振动特性的影响.结果表明,随着陶瓷晶堆远离换能器位移节面,有效机电耦合系数和动态电容逐渐减小,静态电容、动态电阻和动态电感增大.同时,加工了相应尺寸的换能器,对其性能参数进行了测试,理论计算和实验测量结果符合较好.     

智能桁架结构机电耦合有限元分析与实验研究

从压电弹性体的本构关系和机电耦合变分原理出发,建立了智能桁架结构的机电耦合有限元动力方程。由此推导出智能桁架结构的动态响应与压电主动构件输入电压之间的机电耦合传递函数,并给出结构模态参数识别方法,提出了利用压电主动构件作为智能桁架结构内激励源的结构模态测试新理论。最后,用文中的分析方法建立了一个三维智能桁架结构的动力学模型,有限元计算与实验结果的一致性很好。     

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。     

压电结构作动/传感器配置优化

提出了一种压电结构中作动／传感器优化配置的新方法．首先用有限元方法建立结构的动力学方程，并用模态方法进行降阶，然后通过Lyapunov方程分别求解扰动输入和作动器输入的能控性Grammian矩阵，通过使作动器输入的能控性矩阵向量在扰动能控性矩阵上投影长度的平方和最大值得到压电作动器的最优位置，同样的思想用于确定传感器的最优位置。