基于压电作动器MFC的柔性梁振动主动控制

发布时间：2020-02-13 17:29

【摘要】：振动是自然界的常见现象,但在某些特定情况下,不必要的振动会引起不同程度的危害,它直接阻碍某些设备的正常功能运转,降低某些精密仪器的工作精度和工作效率,加剧部件的磨损,甚至产生结构的局部疲劳失效,威胁到人民生命财产的安全。因此,实现振动的控制很有必要。柔性构件因其低刚度,小阻尼的特性,往往受到振动带来的影响更严重。在此研究背景之下,本文以柔性悬臂梁为研究对象,应用振动主动控制理论、模态理论及控制测试技术等相关知识,以理论分析为基础,通过计算机仿真和实验,开展了MFC压电作动器对柔性悬臂梁的振动主动控制的研究。材料技术研究的不断深入与进步,使复合材料和智能材料的应用领域越来越广。在对基于压电作动器MFC的振动主动控制研究中,实验采用树脂基玻璃纤维增强型复合材料制作悬臂梁,采用压电智能复合材料MFC作为控制作动器。整个研究过程为,首先通过欧拉-伯努利梁理论建立悬臂梁的动力学模型,并通过有限元软件及实验进行模态分析确定系统的模态参数。在此基础上,研究了正位反馈算法和相位超前补偿控制算法,并将其应用于实验系统。最后进行了计算机仿真与实验,对整个研究理论的正确性进行了验证。实验结果表明,正位反馈控制算法和相位超前补偿控制算法都能有效的降低悬臂梁系统的一阶弯曲振动。通过进一步地实验结果分析对比,得到结论：采用相位超前补偿控制算法实际控制效果比正位反馈算法更明显,正位反馈控制的鲁棒性则更好。
【图文】：

压电作动器

本文采用的压电作动器MFC (Macro Fiber Composite,型号M-8557-F1)由一种典型的压电复合材料组成，如图1.1a，它由45°排列的压电陶瓷（PZT)纤维与树脂组成，，两片对称布置的MFC压电片组成压电作动器，如图1.1b，其工作原理为：外界施加电场，压电作动器产生沿梁表面45°方向应变，通过向悬臂梁施加弯矩来产生激励。本文懫用的MFC压电片主要参数如表1.1，表1.2所示。-6-

振动模型,截面,梁模型,欧拉

的力学模型，称为欧拉-伯努利梁模型（Eular-Bemoulli beam)如图2.1所示，梁截面轴线的横向位移用函数y(x，t)表示，梁的密度为P，X截面处的截面抗弯刚度为EI (X)，该截面对中心轴的惯性矩为I (X)，该截面面积为A (X)-9-
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB535

【参考文献】