利用压电陶瓷对柔性悬臂梁进行主动控制试验研究

通过对压电陶瓷作动器(包括智能传感器和驱动器)对柔性悬臂梁进行正位反馈控制的试验研究,得到了模态振动控制与瞬时脉冲振动控制的振动响应曲线,并分别对有控与无控情况进行对比.结果表明利用压电陶瓷以及正位反馈控制算法能够有效抑制外界激励下的一阶、二阶模态振动引起的结构振动.     

压电陶瓷用于柔性悬臂梁振动控制的试验研究

依据压电陶瓷驱动器的振动控制原理和梁表面的应变方程确定压电陶瓷片在悬臂梁上的粘贴位置,采用独立模态控制方法对柔性悬臂梁进行振动主动控制试验研究.为提高信噪比并保证后继控制的可靠性和有效性,对传感信号进行了滤波处理.试验结果表明,将压电陶瓷片布置在悬臂梁的合理位置上并采用主动控制方法,可以有效地抑制悬臂梁的振动,使悬臂梁前3阶模态的加速度及响应谱峰值均减小40%左右.     

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。     

基于涡致振动的内置压电悬臂梁柔性圆管能量收集结构的数值模拟

为了分析基于涡致振动的内置双晶压电悬臂梁柔性圆管压电能量收集结构的运动机理和性能,对其进行了流固耦合和压电耦合数值模拟。对一端固定一端自由的柔性圆管进行了流固耦合数值模拟,在流速为1.1 m/s,柔性圆管直径D为0.03 m,高度为0.11 m时,该结构的涡致振动能够处于稳定的锁频状态。对折合速度为1.3～4.0,中心距为3D～6D的前置等径刚性圆柱阻流体的柔性圆管进行了流固耦合和压电耦合的数值模拟。研究结果表明,柔性圆管的振幅响应和压电悬臂梁的开路输出电压均随折合速度的增大而增大,在仿真参数范围内,结构的振幅响应和输出电压时程曲线均为稳定的周期函数。当折合流速为4.0,中心距为5D时,结构产生的振幅最大,为2.38×10~(-3) m,电压为6.75 V。证明了根据不同流速,可以通过调节圆管的结构参数以使涡致振动产生锁频现象,从而得到最大振幅和输出电压,进而可将其用于电能收集,为下一步能量收集结构的实验制备提供了理论参考。     

悬臂梁振动系统的控制器设计

在采用有限元法建立压电智能梁动力学方程基础上,结合模态控制理论对压电智能梁振动控制的原理和策略进行了研究,对梁结构采用二次线性控制的独立模态空间控制法进行主动控制.通过数值分析,利用MATLAB仿真,结果表明:此种方法能有效地控制结构的振动.     

压电智能梁的状态相关LQR振动控制

为改善采用压电材料的智能梁的振动控制,提出了一个状态相关LQR（Linear Quadratic Regulator）控制方法,在离散时刻上依据状态选取主控模态,调整目标函数并更新增益矩阵,从而使主控模态具有较大的阻尼,数值计算了一悬臂梁和简支梁在不同初始条件下的响应,结果表明,该方法能够有效改善控制效果。     

基于多种群遗传算法的LQR 振动主动控制研究

根据压电智能结构的特点,针对一类由悬臂梁、传感器和压电作动器构成的压电智能梁系统的振动主动控制进行了研究。利用压电方程建立了压电智能梁系统的状态空间模型,采用线性二次最优控制(LQR)对智能梁的振动进行了主动控制。对二次性能指标中的加权矩阵的选取方式进行了深入研究,提出了一种基于多种群遗传算法的加权矩阵选取方式。仿真和实验结果表明:多种群遗传算法比简单遗传算法具有更快的收敛速度,且遗传代数少,能够有效避免陷入局部最优解。基于多种群遗传算法的LQR振动主动控制算法对压电智能梁的振动主动控制具有可行性和稳定性,相对基于简单遗传算法的LQR振动主动控制算法达到稳定的时间短且具有更好的控制效果。     

一种模拟冲击荷载作用下非均匀Timoshenko梁弯曲波研究的一种数值方法

为研究冲击荷载作用下非均匀Timoshenko梁弯曲波问题,对考虑剪切变形和转动惯性的Timoshenko梁进行空间离散构造出控制体,并在时间域上交替运用控制体平动方程和剪力-剪应变关系式、交替运用控制体转动方程和弯矩-曲率关系式,通过转角关系式建立平动和转动问题之间的联系,给出研究非均匀Timoshenko梁弯曲波传播的数值方法。通过两端无约束均匀圆形截面梁弯曲波的传播问题为例,将本文方法与有限差分法进行对比验证了本文方法数值计算的准确性和有效性;冲击荷载作用下,针对几何不均匀的阶梯形悬臂梁弯曲波传播问题进行研究,结果表明：梁中控制体的转动惯性不可忽略,整体变形中的剪切变形部分不能忽略;危险截面不发生在悬臂梁的固定端处,也不在截面的变化处。本文方法适合于模拟冲击荷载作用下几何和材料非均匀Timoshenko梁中弯曲波的传播问题,是一种从波动理论角度研究冲击荷载作用下Timoshenko梁动力响应问题的有力工具。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

PZT压电薄膜的压电系数d 31的测量及其微悬臂梁简谐振动模拟

介绍了一种应用微悬臂梁结构，简单直接测量其中压电薄膜PZT的横向压电系数d31的方法。利用微悬臂梁器件本身和普通仪器，通过测量电压作用下微悬臂梁所产生的挠度值即可获得d31。还介绍了应用所测的d31对微悬臂梁的谐振进行有限元模拟的方法，及与振动实验结果的比较。     

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。     

旋转柔性智能结构振动滑模控制方法研究

基于Hamilton原理和高阶模型理论,建立了旋转刚柔耦合智能结构的动力学模型,并通过滑模变结构控制(SMC)对结构的振动进行控制.通过一阶近似模型理论考虑了结构轴向、横向和转角相互间的耦合作用,即考虑了柔性梁和智能材料的几何非线性.利用有限元方法得到了考虑离心刚化效应的有限维模型.利用滑模控制方法对结构的振动进行抑制.滑模面通过最优化方法得到.数值仿真结果表明滑模控制方法有效地控制了带有参数扰动的旋转柔性智能结构振动.     

压电材料在柔性结构振动控制中的应用

近年来，基于压电材料的柔性结构振动控制技术已成为振动控制领域研究的热点．本文介绍了各种压电材料的特点以及基于压电材料的振动控制方法，并对目前压电材料在振动控制中的应用现状进行了回顾，最后指出了今后尚需解决的主要问题．     

移动刚体激励的梁的振动分析和实验

目的 研究移动刚体激励下弹性梁的振动响应特点。方法 对移动刚体激励下弹性梁振动响应进行理论分析;对以一端简支另一端自由,中间有铰链支撑的弹性梁为例进行仿真计算和实验测试,得到弹性梁在移动刚体激励下的振动响应,进而研究移动刚体激励下弹性梁振动响应的特点。结果 仿真计算了移动刚体在不同情况下弹性梁振动的位移响应曲线和加速度响应曲线,实验测量了移动刚体在不同情况下弹性梁端部的位移响应和速度响应。结论 移     

压电智能结构的一类非线性控制器设计方法

根据重置微分方程理论,提出了压电智能结构的一类非线性振动控制器设计方法.通过模拟压电分流阻尼开关系统的作用效果,设计了一个满足Lyapunov稳定性的非线性控制器,建立了被控系统的动力学模型,研究了控制器的控制算法,模拟电路中电感、电阻的数值以及开关的作用仅仅作为数学表达式存在于控制器的设计中,克服了被动压电分流阻尼技术存在要求大物理电感的缺陷,同时提高了控制器的环境适应性.悬臂梁的数值仿真结果表明控制器不仅能够较好地控制被控目标模态,而且对其它模态也有一定的抑制效果.     

高速弹性机构稳态振动响应的一种高效解法

给出了输入杆具有恒定转速的高速弹性机构稳态振动响应的一种高效解法。该方法适合于求解大型二阶周期时变的振动系统，计算精度和效率高，且节省高速内存，使在微机上进行高效的运动弹性动力分析与综合成为可能。对一弹性连杆机构进行了数值计算，并与有关文献的实验结果进行比较。结果表明，它们之间吻合很好。     

用压电薄膜对弹性连杆机构的振动响应控制研究

提出一种利用压电薄膜片对弹性连杆机构的动力响应主动控制方法,推导了粘结压电材料后机构的有限元方程。应用模态控制理论对弹性连杆机构振动主动控制问题的原理和策略进行研究,给出了相应最优控制律。在此基础上研究了采用比例微分控制器达到模态最优控制的效果时,其增益参数的确定方法。     

挠性结构模型的频域极大似然法辨识

在构建的以压电陶瓷为执行器、电阻式应变片为传感器的挠性悬臂梁物理实验系统基础上,优化设计多正弦辨识输入信号,利用频域极大似然法辨识得到了整个系统的数学模型,并根据该模型进行了数字和物理控制仿真,验证了模型的有效性.良好的控制效果表明:对于挠性结构,频域极大似然法是一种有效的模型辨识方法.