随机智能梁振动控制及优化配置研究

论文摘要

随机参数压电智能梁结构振动主动控制是目前结构设计与控制研究领域中的重要课题。本文针对随机参数压电智能梁结构开展了结构动力分析、传感器/作动器优化配置和结构振动主动控制研究。在考虑结构材料的物理参数(质量密度和弹性模量)、尺寸参数(宽度和厚度)为随机变量的情况下,对结构进行了基于概率的动力特性分析;在考虑结构材料的物理参数、外加荷载和闭环控制力均为随机变量的情况下,对结构进行了动力响应分析。以速度负反馈作为闭环控制律,基于最大耗散能准则,建立了以传感器/作动器的位置和控制系统增益为设计变量,具有动力响应(应力响应和位移响应)可靠性约束的压电智能梁结构传感器/作动器优化配置的数学模型。最后,通过数值算例验证了文中建立的动力特性分析模型、动力响应分析模型和传感器/作动器优化配置模型的正确性及可行性;通过计算机仿真,表明了对结构振动主动控制的有效性。

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 智能结构的材料
• 1.2.1 压电元件
• 1.2.2 形状记忆合金
• 1.2.3 磁致伸缩材料
• 1.2.4 电流变流体
• 1.2.5 光导纤维传感元件
• 1.3 压电智能梁结构参数具有随机性时振动主动控制问题的研究
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 智能梁结构动力学方程
• 2.1 有限元分析
• 2.1.1 智能梁结构有限元动力模型的建立
• 2.2 压电智能梁的振动主动控制
• 2.2.1 传感方程
• 2.2.2 致动方程
• 2.2.3 阻尼主动控制
• 2.3 压电智能梁结构动力学方程及其求解方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于概率的智能梁结构的动力特性分析
• 3.1 随机智能梁结构的质量矩阵
• 3.1.1 物理参数为随机变量与尺寸参数为确定性量
• 3.1.2 物理参数为确定性量与尺寸参数为随机变量
• 3.1.3 物理参数和尺寸参数均为随机变量
• 3.2 随机智能梁结构的刚度矩阵
• 3.2.1 物理参数为随机变量与尺寸参数为确定性量
• 3.2.2 物理参数为确定性量与尺寸参数为随机变量
• 3.2.3 物理参数和尺寸参数均为随机变量
• 3.3 随机智能梁结构动力特性分析
• 3.3.1 仅考虑物理参数的随机性对结构固有频率的影响
• 3.3.2 仅考虑尺寸参数随机性对结构固有频率的影响
• 3.3.3 同时考虑物理参数与尺寸参数的随机性对结构固有频率的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于概率的智能梁结构的动力响应分析
• 4.1 模态迭加法
• 4.1.1 方程解耦
• 4.1.2 求解坐标下系统的运动微分方程
• 4.1.3 求系统在原物理坐标系下的位移响应
• 4.2 结构动力响应数字特征的推导
• 4.2.1 位移响应的数字特征
• 4.2.2 应力响应的数字特征
• 4.3 本章小结
• 第五章 智能梁结构控制率及传感器/作动器优化配置
• 5.1 控制率
• 5.1.1 控制率的选择
• 5.1.2 状态方程
• 5.2 传感器/作动器优化配置准则
• 5.2.1 基于系统可控性/可观性准则
• 5.2.2 基于系统能量的准则
• 5.2.3 基于系统响应的准则
• 5.2.4 基于其它性能指标的准则
• 5.3 传感器/作动器优化配置数学模型
• 5.4 可靠性约束的等价显示化处理
• 5.4.1 分布函数法
• 5.4.2 可靠度安全系数法
• 5.5 具有动应力和动位移可靠性约束等价显示化的优化数学模型
• 5.6 本章小结
• 第六章 程序与工程算例
• 6.1 程序设计
• 6.2 基于概率的智能梁结构动力特性分析算例
• 6.3 传感器/作动器优化配置算例
• 6.4 基于概率的智能梁结构闭环动力响应分析算例
• 6.5 随机智能梁结构振动闭环主动控制结果的数值仿真
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果