基于多次压电效应的自感知执行器研究

针对多次压电效应在同一压电体上双向可逆的特点,进行了多次压电效应实现压电执行器位移自感知的理论分析,由此阐明了压电体中多次逆与多次正效应的一一对应关系,以及介电电位移与多次正压电电位移分离的可行性.通过引入参考电容,采取电流积分与差分比例运算电路相结合的方式,得到一种较电桥电路解耦更易于在工程实际应用的方法.采用PZT-5叠堆执行器进行实验,验证了该解耦方法的正确性,同时得出了PZT-5叠堆二次正压电效应的线性系数,并进一步分析了三次压电效应对自感知执行器的分辨力和精度的影响,为压电自感知执行器性能的改善提供了一条新途径.     

振动主动控制中检测器和作动器的最优配置

提出了振动主动控制系统中最大主动阻尼耗能准则，以此准则为目标函数求解检测器和作动器的最优配置问题。为了获得全局最优解，引入了模拟退火算法，并对其进行了改进。对一离散的三自由度系统和连续梁系统中检测器和作动器的最优配置进行了数值计算和实验验证，计算结果与实验结果的一致性很好，证明了所建立的准则和算法的可行性和实用性。     

基于可靠性的框架结构作动器/传感器最优配置

建立在模态可控度及最小费用函数的基础上，针对目前因使用组合优化来布置作动器计算量大的缺点，采用遗传算法来确定振动主动控制中作动器的最优配置．为适于框架结构的具体计算，对常规遗传算法约束条件的处理进行了改进．考虑到主动控制系统的可靠性，为了进一步确定作动器／传感器的最优配置，本文定义了一个可靠性指标，采用常规的Monte-Carlo法计算各种配置的可靠性，在可靠性基础上最终确定最优配置方案．本文最后给出了计算实例。     

层合机敏结构的变形传递和层间应力分析

建立了一种承受弯矩及正应力加载下结构材料与压电陶瓷传感／执行器的应力应变传递关系模型，获得了位移、应力、应变等场量方程。模拟了压电陶瓷作为传感器时结构的变形传递及作为执行器时的应力分布和变形传递，并与实验和有限元分析结果进行了比较。结果显示：模型得出的理论值与试验和有限元结果较为接近；当本体材料两面贴压电陶瓷并加同向电压（即只受纵向载荷作用），本模型与已有的一些模型模拟结果近似，但此模型能同时分析承受弯曲加载的智能结构情况；压电陶瓷作为执行器时，层间正应力和层间剪应力在中间都比较平缓，到接近边缘处有一应力集中，实际制作时应加强此处粘接强度，以防在高应力加载或循环下压电陶瓷剥落。     

智能结构声控制研究的新进展

综述了近年来智能结构声控制的研究进展和实现技术，重点介绍了本学科组在智能结构声控制系统数学模型、基于自适应滤波FxLMS法的智能结构前馈声控制技术和基于鲁棒H∞法的智能结构反馈声控制技术以及智能结构声控制实验等方面取得的研究成果，指出了智能结构声控制技术实用化的关键环节，最后，提出了需进一步研究的几个问题。     

变结构滑模飞行控制

飞机飞行的范围广泛，复杂，不可能得到精确的飞机数学模型，所以，常规的控制理论应用于飞行控制，效果不佳，模型跟踪变结构控制理论不依赖数学模型，而能对理想模型进行跟踪，使飞机具有良好的性能，本文研究了变结构滑模控制在飞行控制系统的应用，首先，对滑模进行极点配置，使滑模有良好的动态特性，设计了一个比例积分切换超平面，确保消稳态误差，采用饱和控制技术，消除了抖振现象，对系统进行了数字仿真，表明系统不仅实现了无抖模型跟踪，而且具有很中的鲁棒性。     

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．     

具有执行器故障的非线性系统可靠控制设计

针对具有执行器故障的离散时间非线性系统控制设计问题, 提出一种基于Takagi-Sugeno模糊模型的可靠控制器设计方案. 与常规的基于并联分布补偿技术的模糊可靠控制器相比, 所设计的基于非并联分布补偿技术的可靠控制器具有特殊的控制架构, 可引入更多控制增益矩阵变量, 从而降低已有结果的保守性. 此外, 还提出了一种自由矩阵变量技术, 能进一步减少所得结果的保守性. 仿真实验验证了设计方法的有效性.     

基于梁理论的导电聚合物驱动器等效模型及实验验证

导电聚合物因具有能耗小、质轻、柔韧性好等优异特性,在生物机器人和生物医学设备中具有广泛的应用前景。本文针对多层弯曲型聚吡咯导电聚合物驱动器搭建的实验系统,依据等效悬臂梁理论建立驱动器力学模型。测量驱动器施加（0~1v）低电压时的基体弯曲变形量,通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立电压与等效均布载荷的函数关系式。实验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,当电压为1V时偏转位移可达到驱动器长度的一半,并且得出电压与应变的比例因子。最后,通过驱动器举起其自身重量约为5倍的重物移动2.71 mm,验证了驱动器顶端可以承受力。     

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。