复合材料构件气动载荷响应主动控制技术研究

飞机由于高频涡流的作用，局部复合材料构件承受面外脉动冲击载荷，产生累积疲劳损伤。本文采用１３型压电片粘贴在复合材料构件表面，测量构件在交变气动载荷下的应变，应用自适应振动前馈控制原理，施工加电压主动控制压电驱动器的变形，实现对复合材料构件的应用变驱动，     

基于刚架的压电驱动器驱动力试验研究

压电材料是一种新型智能材料,利用压电材料制成的压电驱动器具有良好的主动驱动效果.据此开展了基于刚架的压电驱动器驱动性能的试验研究.研究表明,压电驱动器的驱动力与输入电压大致呈线性关系,增加预紧力能在一定程度上提高驱动器的驱动力.在试验的基础上,应用数据分析软件,对压电驱动器的驱动力与输入电压之间的理论关系进行了数据拟合,建立了"驱动力一电压"控制方程.研究成果可为实现基于压电驱动器的智能结构主动控制提供基础数据.     

多压电驱动器系统迟滞和蠕变前馈补偿控制

压电驱动器具有迟滞和蠕变等非线性特性,影响定位精度和限制系统性能。提出一种同时补偿多个压电驱动器迟滞和蠕变的控制方法。通过基于模型的开环控制补偿实现单个压电驱动器的线性化,将含有多个补偿后线性化压电驱动器的系统视为线性系统,应用叠加原理构建影响系数矩阵描述压电驱动器间的耦合效应。在前馈通路串联影响系数逆矩阵与多个线性化压电驱动器实现系统开环补偿控制。实验结果表明在阶梯形信号作用下,多压电驱动器系统的迟滞和蠕变特性同时显著减小,表明开发的前馈补偿控制方法在准静态应用中是有效可行的。     

智能梁弯曲形状的主动控制

研究了具有离散分布压电控制器的智能梁,在外加电场作用下弯曲形状与压电元件外加电压之间的关系,建立了智能梁的弯曲形状进行了主动控制的方法,得到了各离攻分散分面压电元件控制电压的解析解,并给出了算例。     

“电脑编织机用压电驱动器的材料与结构”项目通过鉴定

上海大学材料学院研制的“电脑编织机用压电驱动器的材料与结构”通过由市教委组织的专家鉴定.压电驱动器作为机电一体化器件在设备小型化、智能化等方面有独特的作用.该项目组研制的电脑编织机用压电驱动器是微继电器的替代产品.编织机使用的驱动机构是一个阵列(每一根针需一个驱动器),每台编织机至少有250～500根编织针,大型的甚至达800根针.原先采用的微继电器不仅结构复杂、体积大,而且可靠性较差,能耗也较大.而压电陶瓷驱动器体积较小,在脉冲电压驱动下发生弯曲,且应变能维持相当的时间(-5s),而且在2kHz以下,其频率响应相当好.在低电…     

压电陶瓷微位移驱动器在活塞仿形加工中的应用

分析了活塞仿形加工方法中存在的不足,提出了应用压电陶瓷微位移驱动器进行实时误差补偿,改善和提高活塞仿形加工性能的方案．针对压电陶瓷驱动器的非线性特性,给出了对其控制电压进行校正的方法．采用所提出的误差补偿方法能够有效提高活塞加工精度．     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

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。     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

压电陶瓷驱动梁的变形分析及试验研究

利用逆压电效应可以研制各种驱动器．将片状的压电陶瓷(PZT)作为驱动器，对称地粘贴到梁的上下表面，在极性相反的外部电场的作用下，使驱动构件发生弯曲变形．在推导了粘贴有PZT压电驱动片梁的弯曲应变分布表达式的基础上，通过分析驱动片的纵横应变分布，提出了用横向定向加固的方法使压电陶瓷驱动元件表现出明显的正交异性，从而提高了压电驱动的效率，最后通过实验进行了对比验证．     

书本式分布作动器及可控约束阻尼层结构控制的实验研究

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化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     

智能结构中压电元件的最佳厚度

研究了在智能结构中压电元件,粘合层及主结构之间厚度的匹配关系,在常电压作用下,压电元件存在一最佳厚度使有效弯矩最大。对于钢基体和铝基体的梁,压电层的最佳厚度分别为基体厚度的１／２和１／３。     

含压电材料复合板有限元模型

智能结构由主结构和作为传感元件和执行元件的分布压电材料及控制系统组成，是80年代末至90年代初兴起的一门综合性的高技术交叉学科，在建模、控制、优化等诸方面仍存在许多问题有待进一步研究。本文利用最小势能原理导出了具有压电传感器和执行器弯曲板的有限元方程的一般形式，建立了智能结构有限元静力模型，构造了一种新的压电板单元。最后用实例验证了该模型的正确性，该单元不仅节省计算机内存和计算机机时，而且提高了计算结果的精度。     

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。     

智能复合材料机翼颤振分析

利用哈密尔顿原理和半李兹分析法建立复合材料悬臂板的运动方程,结合边界条件得到其弯扭耦合模态的半解析解.建立具有NACA0012翼型且贴有压电作动器和压电传感器的复合材料机翼的运动方程,利用西奥道生理论,形成智能复合材料机翼气动弹性问题的描述,利用U-g法预测复合材料机翼的颤振速度.通过数值仿真,针对智能复合材料机翼闭环系统中的不同反馈增益系数,计算模态振型和颤振速度.结果表明,不同的反馈增益系数,对模态振型和颤振速度有一定的影响.     

悬臂梁双晶压电能量采集装置的实验探究

为提高双晶压电振子的发电能力,探究了一种悬臂梁式双晶压电能量采集装置的发电性能。实验研究了振动台频率、激励位移、负载阻值和悬臂梁自由端质量块对悬臂梁式双晶压电能量采集装置输出电压和负载功率的影响,将两片双晶压电振子并联,探究了它们的发电性能。实验表明,存在谐振频率,使得输出电压最大;输出电压随着激励位移和负载阻值的增大而增大,并与激励位移呈一次函数关系;双晶压电振子外接匹配负载时,负载功率最大;随着质量块的质量在一定程度上的增加,输出电压随频率变化的曲线左移,峰值电压对应的频率变小;两片双晶压电振子并联且带匹配负载时,能有效提高负载功率。     

压电智能材料在悬臂梁结构振动控制中的应用

研究压电材料在柔性悬臂梁结构振动控制中的应用,采用压电有限元方法对压电智能梁的响应进行了数值模拟,在考虑压电片与悬臂梁之间相互耦合作用的基础上,通过有限元软件ABAQUS数值模拟获得压电智能梁在简谐荷载下的响应,并与有关试验结果进行对比来修正压电应变常数及介电常数等参数.通过数值算例对地震荷载作用下压电梁的振动响应进行了数值模拟,结果表明,压电材料对柔性结构的振动控制效果显著,最大控制效率能达到45%左右.     

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.     

压电智能悬臂梁主动振动最优控制研究

以压电智能材料聚偏氟乙烯(PVDF)作感知和离子交换膜金属聚合物(IPMC)作驱动的悬臂梁为研究对象,建立了智能悬臂梁的压电传感和致动方程.并通过模态分析法变换为基于闭环控制系统的状态空间方程,设计了压电智能梁的振动控制系统.将遗传算法和线性二次型最优控制相结合,采用遗传算法设计Q,R阵,以获取状态反馈控制律,研究了压电智能梁的振动的最优控制问题.仿真实验结果证明,控制系统具有很好的振动抑制效果     

悬臂梁双压电振动能量采集器发电性能研究

为了收集环境中的振动能量,实现无线传感器网络节点等低能耗器件的自供电,针对电动机的机械振动,设计了一种可采集电动机振动能量的压电振动能量采集器。研究了电动机转速、负载阻值和悬臂梁自由端固定不同质量永磁铁块对压电振动能量采集器输出电压和输出功率的影响。实验结果表明,负载上电压随着负载阻值的增大而增大;输出功率不随负载阻值和所加永磁铁质量的增大,而是存在一个最优负载和一个最佳质量的永磁铁,当电动机的振动频率等于悬臂梁双压电振子的固有频率时,输出功率达到最大,并与理论计算值接近。