压电加筋板结构时滞振动主动控制研究

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加筋板结构既能提高结构的可靠性、耐用性和经济性,又能减轻结构重量,由其组成的复杂结构已被广泛应用于航空航天、机械、船舶、汽车和建筑等众多领域。因此设计有效控制方法对加筋板的振动进行控制,是研究的热点问题。加筋板上筋条的不对称等因素会引起系统非线性增强,控制过程中要考虑非线性因素。另外,在控制过程中,控制动作往往存在着不同程度的时间滞后,导致控制效果不佳,为了改善时滞系统的控制效果,需要对其控制进行时滞补偿。本文以压电智能加筋板结构为研究对象,利用压电陶瓷做传感器和驱动器,对加筋板进行振动模态识别、振动主动控制及时滞补偿的理论和实验研究。主要内容如下:第二章阐述了压电元件工作原理和压电方程基本理论,并根据上述基本理论建立了加筋板机电耦合力学方程和状态空间方程。使用ANSYS软件对加筋板三维模型进行了模态分析,得到了其前二阶模态频率。运用北京波普实验振动平台,通过扫频激励法对加筋板进行实验模态分析。通过理论与实验的方法对加筋板进行模态参数识别,为下文MCS控制仿真和实验做准备。第三章简述了最小控制合成算法(MCS算法)的基本原理,并推导了算法的各个参数数学表达式。根据第二章中模态识别参数,运用Matlab-Simulink软件编写了相应的MCS算法程序,进行振动控制仿真研究。第四章首先对时滞进行了简单的介绍,并分析了时滞的产生原因和对系统的影响,然后简述smith预估器时滞补偿的基本原理,并根据其时滞补偿的原理构建时滞补偿因子添加到标准的MCS算法中,形成新的具有时滞补偿功能MCS算法,并对算法进行稳定性证明。最后,通过Matlab-Simulink软件对新的算法进行仿真,结果表明添加时滞补偿的MCS算法对时滞振动具有较好振动控制效果。第五章通过Smith预估器的弱鲁棒性和时滞补偿算法的缺陷的分析,提出用自适应Smith预估器添加到MCS算法中,结合李雅普诺夫第二法设计自适应因子,构建时滞补偿的MCS算法。利用Lissajou图形法测量了控制系统的时滞,编写MCS算法的LabVIEW程序,通过CRIO实时控制平台进行加筋板振动主动控制实验,实验结果表明自适应时滞补偿MCS算法有效地减轻时滞测量误差对控制的影响。
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