将压电材料层合于弹性薄壳表面并进行多模态闭环振动控制的智能结构系统已经成为航空航天领域的重要发展方向。尽管近年来国内外针对于若干种几何形状较为规则的板壳结构,对其压电传感与模态控制的相关结构电子学问题开展了大量的理论研究工作,但是当遇到曲面函数较为复杂甚至无法统一描述的薄壳结构,普通的动力学理论分析往往束手无策,需要建立仿真模型来辅助分析系统的受控特性。传统的模态解析法受到诸多条件制约,必须已知模态固有频率及模态振型函数,并且只能对独立模态的振动控制问题进行实时仿真,不能反映实际情况。而各种数值仿真方法虽然能分析结构的多模态振动特性,但由于压电传感信号和控制力、力矩的产生机理过于复杂,无法对复杂结构系统实现完全闭环控制仿真。本课题针对工程中连续曲面薄壳的形状、压电传感/作动器的构型和分布方式、以及施加的控制策略都具有任意多样性的特点,提出一种基于有限差分离散化的多模态通用智能元仿真方法。对动力学方程的离散化处理及智能元矩阵模型的多模态特性分析、动力学响应下智能元仿真系统的设计及闭环振动控制分析、仿真系统与实际物理实验模型之间的仿真精度及有效性等方面开展研究,为压电智能结构系统在机电自动化领域更深入应用提供理论和技术支持。　　为了能够实现压电智能结构系统中各环节的离散化仿真,本文针对提出的智能元概念,首先以压电热弹性板壳理论下的应变与变形分量之间的关系作为出发点;提出基于任意形状连续曲面薄壳的逆时针发散式节点划分法;将系统动力学偏微分方程利用有限差法拟合出离散化节点的动力学常微分方程;将压电传感信号按照各节点有效子区域的分布进行差分近似解析,并结合压电作动器产生的节点分布控制力、力矩提出了智能元节点动力学差分方程。　　针对未知曲面函数的连续薄壳结构,通过规划样条曲线拟合函数来设计节点弯曲特征参数算法;建立含有控制效应矩阵的智能元矩阵模型,分析模型的模态特性;引入三种振动简化理论从而降低模型复杂度并探讨各自适用范围;分析不同结构算例的矩阵模型在非受控时的模态固有频率和模态振型,特别对不同弯曲程度的压电抛物壳在各种简化理论下分别探讨,并将模态解析结果与理论值及经典的有限元法结果进行对比。　　为了得到结构在任意激励条件下包含全部模态的动态响应信号,对智能元仿真系统进行任务及功能划分,确定软件系统结构并完成各程序模块的编译与调试;考虑智能元矩阵模型具有非对称正定性的特点,改进了Newmark-β时间数值积分算法;分析未受压电控制效应作用时,系统在不同的激励方式、节点位置、积分时间步长以及离散化分段密度情况下的动力学仿真性能;通过不同随机激励信号下的不同节点振动响应波形的耦合模态仿真结果与矩阵模型模态解析值进行比较。　　根据智能结构闭环控制系统的多样复杂特性,以不同算例的形式在结构本体涉及一维至三维的薄壁弹性板壳中,分别深入研究传感器构型为经典的完全布置、基于模态振型的成型式分布及遵循曲面坐标规律的分段式贴片等类型下的智能元传感信号矩阵,以及由普通的位移、速度反馈到更高级的反馈控制策略产生的控制效应矩阵作用下的仿真系统闭环控制动态响应特性;在仿真结果与模态控制理论的比较达到设计期望的基础上,提出将曲面空间有限差分离散与 LQR状态反馈控制相结合,寻找压电传感/作动器最优分布区域的方法,并解析最优状态反馈增益矩阵。　　以自由边界的浅抛物薄壳上层合布置分布式压电传感与作动器为仿真对象,搭建了压电层合浅抛物壳闭环振动控制的物理实验平台,在完成相关材料制备、信号调理电路与数据采集、分析及控制软件系统设计后,计算各环节传递函数,确定仿真系统参数;对浅抛物壳压电智能结构实验模型针对前二阶模态进行LQR状态反馈控制实验得到了动态响应分析数据,验证了智能元数值仿真系统的闭环控制仿真结果的有效性。