压电智能梁的振动控制

论文摘要

压电材料是一种具有机电耦合特性的特殊功能材料,可以通过压电效应将机械信号和电学信号进行相互转换,将压电元件粘贴在结构表面或嵌入结构内部形成的智能结构。压电元件既能作传感器又能作驱动器,实现了传感元件与动作元件的统一。以压电材料作为传感、驱动元件的智能梁的主动控制,现在已成为振动控制的热点。本文的主要内容包括:在大量阅读国内外参考资料的基础上,对其中相关的研究内容进行了综述;本文中建立了单对压电片层和梁的动力学模型和多对压电片层和梁的动力学模型以及它们的状态方程;以压电悬臂梁为例,用文中建立的线性二次最优(LQR)控制器和回路传递恢复(LTR)控制器完成了压电悬臂梁在初始模态、阶跃、随机力激励下的多对压电片层和梁模型的多模态振动控制仿真,控制效果显示压电悬臂梁的振动能有效得到抑制,说明文中建立的智能梁的模型具有可行性、良好的可控性,同时也说明文中建立的LQR控制器和LTR控制器具有良好的控制能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 智能结构概述
• 1.2 压电智能结构振动控制的研究现状
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 压电材料的特性及压电方程
• 2.1 压电材料的概述
• 2.2 压电材料的性能分析
• 2.3 压电方程
• 2.4 本章小结
• 第三章 压电智能梁动力学模型的建立
• 3.1 梁的弯曲振动
• 3.2 压电智能梁的建模
• 3.2.1 压电传感方程
• 3.2.2 压电驱动方程
• 3.3 本章小结
• 第四章 现代控制理论基础
• 4.1 控制理论的产生与发展
• 4.2 现代控制理论的基本介绍
• 4.2.1 基本概念介绍
• 4.2.2 可控性与可观性
• 4.2.3 稳定性
• 4.3 状态反馈与观测器
• 4.4 线性二次型最优控制
• 4.5 线性二次型高斯最优控制
• 4.6 本章小结
• 第五章 压电智能梁的振动控制及仿真
• 5.1 单对压电片层和梁的状态方程
• 5.1.1 单对压电片层和梁的传感与驱动方程
• 5.1.2 单对压电片层和梁的状态方程
• 5.2 多对压电片层和梁的状态方程
• 5.2.1 多对压电片层和梁的传感与驱动方程
• 5.2.2 多对压电片层和梁的状态方程
• 5.3 智能梁振动控制器的设计
• 5.4 智能梁振动控制与仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果