一种压电智能结构的颤振主动控制研究

论文摘要

压电智能结构的气动弹性主动控制是当前国际上气动弹性领域内的研究热点之一。本文以压电智能复合材料盒型机翼为研究对象,对气动弹性主动控制系统的结构特性以及开闭环颤振特性进行了较为深入地分析。对压电智能复合材料盒型机翼结构,按照经典层合板理论,采用20个位移自由度和8个电自由度的四边形板单元,利用Hamilton变分原理,详细推导了压电智能复合材料盒型机翼的有限元运动方程,并通过算例验证本文有限元程序是可行的。利用偶极格子网法计算空气动力影响系数矩阵,利用子空间法将空气动力影响系数矩阵拟合成时域有理函数形式,建立了压电智能复合材料盒型机翼的状态空间颤振方程。依次利用模态截断法、最小实现、平衡降阶法对系统方程进行了降阶处理。以提高颤振速度为目标,利用H∞控制理论对于降阶后的系统方程求解出能抑制外界干扰力的动态输出反馈控制器,并与降阶后的状态空间方程相结合,形成闭环控制系统。最后,对建立单输入单输出系统和多输入多输出系统模型等多种情况进行了理论分析。讨论了压电片的放置位置对颤振速度的影响。计算结果表明,通过主动控制律的实施,达到了颤振主动抑制的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 智能结构的提出与发展
• 1.2 压电材料简介
• 1.3 压电智能结构的振动控制发展与现状
• 1.3.1 压电智能结构的有限元分析研究现状
• 1.3.2 压电智能结构的振动控制与发展
• 1.3.3 压电智能结构的气动弹性问题研究现状
• ∞控制理论的起源与发展现状'>1.4 H_∞控制理论的起源与发展现状
• 1.5 本文的选题与主要工作
• 第二章 压电智能结构的动力学有限元方程的建立
• 2.1 引言
• 2.2 复合材料层合板
• 2.2.1 二维正交材料的坐标变换分析
• 2.2.2 层压板的应力－应变关系
• 2.3 单元列式
• 2.4 压电智能结构有限元模型的建立
• 2.4.1 本构方程
• 2.4.2 电场的离散化
• 2.4.3 单元有限元动力学方程
• 2.4.4 等参元处理
• 2.4.5 空间板单元的坐标转换
• 2.4.6 整体结构的运动方程
• 2.5 数值算例
• 2.6 本章小结
• 第三章 气动弹性力学模型及状态空间方程
• 3.1 引言
• 3.2 单输入单输出结构模型
• 3.3 气动弹性力学模型
• 3.3.1 颤振方程
• 3.3.2 非定常气动力的有理函数拟合
• 3.4 压电智能结构状态空间方程以及降阶处理
• 3.4.1 模态截断法
• 3.4.2 状态空间方程
• 3.4.3 最小实现
• 3.4.4 平衡实现
• 3.5 数值算例
• 3.6 本章小结
• ∞振动控制'>第四章 压电智能结构气动弹性系统的H_∞振动控制
• 4.1 引言
• ∞控制理论简介'>4.2 H_∞控制理论简介
• 4.2.1 基本概念和定理
• ∞控制理论中的作用'>4.2.2 Riccati 方程的来源及其在H_∞控制理论中的作用
• ∞控制理论的应用'>4.2.3 H_∞控制理论的应用
• ∞振动控制'>4.3 气动弹性系统的H_∞振动控制
• 4.4 本章小结
• 第五章 气动弹性模型理论分析
• 5.1 引言
• 5.2 单输入单输出模型动力学特性分析
• 5.3 多输入多输出模型动力学特性分析
• 5.3.1 模型A
• 5.3.2 模型B
• 5.3.3 模型C
• 5.3.4 模型D
• 5.3.5 模型E
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文