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     

微谐振器纵向振动热弹性耦合分析

对微谐振器在纵向振动时的热弹性耦合进行分析,以悬臂梁为基础,在环境温度为300 K时,对热弹性本构方程进行数值求解,对在纵向振动过程中产生的温度、受热弹性耦合的影响产生的频率漂移、热弹性阻尼进行分析.分析结果发现,在纵向振动过程中,悬臂梁在前3阶振动模态下,温度变化量随着振动模态的升高而增大,在3阶振动模态时,温度变化量约为1.5 K;受热弹性耦合影响,频率漂移比首先随着梁长的增加而迅速增加,然后稳定在1.67×10-4附近;热弹性阻尼最大值约为1.0×10-4.然后,使用COMSOL Multiphysics软件对悬臂梁进行热弹性耦合仿真,并对数值结果进行验证.结果表明,仿真结果与理论计算结果相吻合.      

悬臂梁质量摆杆结构一阶模态减振控制分析

为了分析悬挂小球和摆杆对悬臂梁一阶模态振动的减振效果,采用Hamilton原理建立了悬臂梁质量摆杆减振结构的动力学模型.小球通过摆杆与支架连接,支架放置在悬臂梁顶端,以小球和摆杆的质量为分析参数,进行了一阶模态的减振控制分析.理论分析表明,当悬臂梁作一阶模态振动时,质量摆杆结构起到了很好的减振效果,并且小球起主要的减振作用.     

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.     

移动车载作用下多跨梁振动的模态空间控制

采用有限元法,利用车-桥单元建立了N个车辆作用下车-桥耦合系统的受控运动微分方程.采用独立模态空间控制法,通过独立控制少数模态实现了对移动车载作用下多跨梁振动的主动控制.对一列车-三跨桥梁系统计算了控制前后桥梁振动的位移动力放大系数和弯矩动力放大系数,计算结果表明独立模态空间控制能够较有效地抑制多跨梁结构的车致振动.     

两自由度汽车悬架系统振动的理论与实验验证

将汽车悬架系统看成是一个两自由度的质量-弹簧-阻尼振动系统,采用复数向量法获得了车体和轮胎振动的解析解,以及振动系统的一阶和二阶振动模态的频率。在建立的实验模型上,采用锤击法和扫频实验获得了振动系统的一阶和二阶振动模态频率。实验结果与理论分析的结果相吻合,证明了结果的可靠性。研究还发现,悬架系统在振动系统的一阶振动模态频率处的隔振效果不明显,车体仍有较大振幅的振动;然而悬架系统在振动系统的二阶振动模态频率处的隔振效果非常显著,车体振动的幅值很小。研究结果能够为汽车悬架系统的设计以及驾驶员选择合适的路况提供有益的参考。     

高速旋转的盘片振动模态的仿真

分析了外存储器的盘／轴系统旋转时盘片振动变形的主要原因,导出了高速旋转时盘片振动模态的计算方法,在此基础上开发出了基于MATLABV5．2软件平台的盘片振动模态仿真程序,给出了一个拥有多个盘片的存储器的盘片振动模态的部分仿真结果,并分析了不同模态下存储器盘／轴系统的稳定性。     

结构模态控制的“溢出”问题及控制策略

结构模态控制是结构振动控制的重要技术,通常利用控制前少数阶振型反应来达到结构振动控制的目的。但如果处理不当,往往会产生控制溢出或观测溢出等问题。文中从理论上讨论了结构模态控制的稳定性问题。证明了未控模态或剩余模态的失控将影响控制系统的性能而导致整个系统的振动不稳定。     

高速旋转的盘片振动模态的仿真

分析了外存储器的盘 /轴系统旋转时盘片振动变形的主要原因 ,导出了高速旋转时盘片振动模态的计算方法 ,在此基础上开发出了基于MATLABV5 .2软件平台的盘片振动模态仿真程序 .给出了一个拥有多个盘片的存储器的盘片振动模态的部分仿真结果 ,并分析了不同模态下存储器盘 /轴系统的稳定性 .     

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。     

主动振动控制的有限元分析

主动振动控制进行理论计算时,往往将体系简化为单自由度或多自由度,不能准确反映实际工程结构的真实状态。首先进行LQR主动振动控制解析计算,得到主动控制器;随之进入ANSYS/APDL环境,对振动控制体系进行有限元建模;再将主动控制器输入设计的主动振动控制程序,以对体系开展主动振动控制的有限元分析。结果表明,有限元法能够较好地实现主动振动控制,为实际工程结构的主动振动控制提供了一种有效的计算途径。     

简支梁模态参数测定与分析

振动是工程结构中一种普遍现象,分析系统的固有频率和固有振型,可以有效地避免对工程结构造成最大破坏的共振现象。将简支梁简化为离散的多自由度模型,对其进行理论分析,再通过实验测试的方法,分别得到简支梁的固有频率和固有振型,结果大致相同。从分析典型的简支梁模态参数入手,为分析复杂机构的振动提供了参考方法。     

基于动态输出反馈的挠性航天器主动振动抑制

针对航天器三轴同时姿态机动时挠性附件的振动抑制问题,提出了基于动态输出反馈控制的主动振动抑制方法。采用拉格朗日方法和四元数参数化建立了挠性航天器的非线性模型。利用航天器姿态控制问题固有的无源性,设计了1种仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的动态控制规律,并采用压电作动器来抑制挠性结构的振动。基于Lyapunov方法证明了所设计的动态控制器保证了姿态的渐近稳定和模态的振动的衰减。仿真结果表明了所提出的控制方法的可行性和有效性。     

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.     

基于Timoshenko梁模型的旋转弹箭横向振动模态分析

将旋转弹箭简化为Timoshenko旋转梁,基于有限单元法研究了其在自由飞行时的横向振动模态.采用Timoshenko梁模型,考虑陀螺效应和剪切效应,运用转子动力学和有限单元法的思想,建立旋转弹箭横向振动的有限元方程和频率方程.利用该频率方程,分别采用Rayleigh梁和Timoshenko梁模型对某旋转弹箭进行模态分析,对不同梁模型下的横向振动进动频率进行对比,并讨论弹箭转速和长径比对模态频率的影响.     

光学超精密抗振系统的鲁棒控制

将鲁棒控制技术应用于主动抗振控制系统中,并用于解决光学超精密抗振系统的不确定性问题,其中采用小波分析方法将随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息,随后设计鲁棒控制器对低频振动进行抑制,该方法克服了由模型自身和外部干扰所引起的不确定性,使得控制系统能够有效地抑制抗振模型的不确定性和外部振动的干扰,同时也具有很高的控制精度和灵敏度.仿真结果表明,该方法使光学测量设备在外部振动的干扰下具有较好的鲁棒稳定性和控制精度,同时也能较好的抑制低频振动.     

压电分流阻尼的虚拟实现

提出压电分流阻尼技术的虚拟实现方法,用主动控制的方法来真实地模拟被动压电分流阻尼器的效果。利用压电分流阻尼系统的动力学基本方程设计反馈控制器,建立相应于LR串联分支电路的反馈控制结构,整个闭环控制系统稳定或渐进稳定。虚拟实现方法避免了大电感的要求,可以在线调节电感和电阻的数值以适应环境的变化,克服了物理压电分流阻尼器的两大缺陷。数值仿真结果表明,虚拟实现方法能够有效地控制连续结构的振动。