柔性悬臂梁振动主动控制的实验研究
发布时间：2021-07-18 15:45
随着科学技术的高速发展，大量柔性结构应用于空间设备以及各种生产设备当中。这种柔性结构自身具有挠度高，阻尼小的基本特征，受到外界的外力作用时就会产生持续性的振动。这样严重影响到了设备的正常工作，甚至导致设备损坏，因此对这种柔性结构的振动控制已经显得极为重要。本文研究柔性结构在受到外力作用情况下的振动控制问题，在总结归纳了柔性悬臂梁振动控制的研究现状和发展动态的基础上，以压电悬臂梁作为控制对象，分析柔性结构的振动控制问题。并深入研究了用最优控制算法设计柔性悬臂梁振动控制器的具体方法，运用压电执行器实现了柔性悬臂梁振动主动控制，通过仿真及实验验证了控制方法的有效性。首先，根据振动理论得到了柔性悬臂梁弯度和挠度的关系，并利用动静法建立了柔性悬臂梁振动微分方程，同时考虑压电效应，建立压电传感器和执行方程，并引入模态分析法建立压电悬臂梁系统的状态空间方程。然后，采用线性二次型状态调节器对柔性悬臂梁进行控制，设计基于最优控制算法的压电悬臂梁振动主动控制系统，经过理论分析和一系列的计算得出最优控制解，对所设计的控制系统进行开环和闭环仿真。讨论最优控制中加权矩阵的选择问题。最后搭建实验平台，证明所设计的...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正压电效应图
这种新思路和新方法也日益受到越来越多的专家学者的关注和。.2 压电材料对振动的主动控制机理压电传感器是利用压电材料可以将微小应变信号转变为电信号的这一特性种特殊的现象称为正压电效应；相反，在压电材料外加电场的作用，便可以结构产生微小变形，称为逆压电效应。压电材料的正逆效应如图 2.1 与图 示。图 2.1 正压电效应图
卤晁得餮刈?甑闹嵯颍???1、2、3 分别与坐标轴 x , y,z对应。见图 2.3 所示：图 2.3 压电元件坐标和应力分量示意图2.3.4 压电方程在压电材料内，机械效应与压电效应是相互紧密联系的，它们相互作用，相互耦合在一起。所以，在研究胡克定理应用在压电弹性体中的机械效应与电效应相互关联的情况下，必须增加电效应对于机械效应的贡献；同样，在分析电学量关系式中也必须加上机械效应对电效应的贡献。而压电方程则是描述压电弹性体中电效应与机械效应之间关系的物理方程。应变ε 可以通过应力σ 和电场强度 E为自变量来描述压电方程，这时通过式子ijijε =dE和式iiuuε = c σ建立压电方程：uEijijiuε = d E+cσ(2.7)通过对压电材料的分析，要对承受应力方面和电场方面同时进行分析。ijijε =dE是电场强度和应变的关系。uEiiuε = c σ是应力和应变的关系，uEiiuε = c σ式中Eiuc 为电场强度为恒定值时的弹性柔顺常数，单位是 m /N2。电位移 D也可以用电场强度和应力两部分贡献来表示，式(2.8)：iiuuijjDdEσ= σ +ζ(2.8)上式中的iuuD = dσ是应力对压电片的影响所产生的电位移；ijjDEσ= ζ表示在无应力的情况下，外加电场的场强对压电片所造成影响而产生的电位移；ijjDEσ= ζ式中的σζij为无应力时候的介电常数。为了满足不同情况的具体要求
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电智能悬臂梁最优控制建模与仿真[J]. 孙煜博,秦建斌. 机械工程与自动化. 2008(02)
[2]大型空间柔性梁的有限元动力学建模方法研究[J]. 和兴锁,顾致平,邓峰岩. 机械科学与技术. 2007(09)
[3]基于Maxwell的磁流变阻尼器的磁路有限元分析[J]. 王宇飞,何琳,单树军. 噪声与振动控制. 2007(02)
[4]柔性空间结构高阶有限元模型与主动振动控制研究[J]. 蒋建平,李东旭. 宇航学报. 2007(02)
[5]液压柔性机械臂等效模型的鲁棒控制[J]. 曾克俭,李光. 机械科学与技术. 2007(03)
[6]柔性机械臂系统动力学建模的研究[J]. 崔玲丽,张建宇,高立新,肖志权. 系统仿真学报. 2007(06)
[7]LQR控制策略在柔性关节系统中的实现[J]. 袁浩,乔宇亮,李保林,王先来. 实验技术与管理. 2006(08)
[8]消除参数不确定柔性系统的残留振荡鲁棒控制[J]. 董明晓,于复生,孙杰,张桂青,张明勤. 中国机械工程. 2006(08)
[9]大运动柔性梁非线性动力响应分析[J]. 吴国荣,钟伟芳,李美之,梁以德. 振动与冲击. 2005(01)
[10]柔性结构的自组织模糊主动振动控制[J]. 陈展荣,徐娟,禹智涛. 华南理工大学学报(自然科学版). 2004(03)
博士论文
[1]基于压电致动器的柔性构件振动主动控制技术研究[D]. 吕永桂.浙江大学 2007
硕士论文
[1]压电柔性梁的振动主动控制研究[D]. 李磊.浙江大学 2008
[2]压电智能梁的振动控制[D]. 张勇.西安电子科技大学 2008
[3]压电智能结构的振动主动控制研究[D]. 尉飞.哈尔滨工业大学 2006
[4]基于神经网络振动主动控制方法的研究[D]. 陈晓宁.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3289875
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
正压电效应图
这种新思路和新方法也日益受到越来越多的专家学者的关注和。.2 压电材料对振动的主动控制机理压电传感器是利用压电材料可以将微小应变信号转变为电信号的这一特性种特殊的现象称为正压电效应；相反，在压电材料外加电场的作用，便可以结构产生微小变形，称为逆压电效应。压电材料的正逆效应如图 2.1 与图 示。图 2.1 正压电效应图
卤晁得餮刈?甑闹嵯颍???1、2、3 分别与坐标轴 x , y,z对应。见图 2.3 所示：图 2.3 压电元件坐标和应力分量示意图2.3.4 压电方程在压电材料内，机械效应与压电效应是相互紧密联系的，它们相互作用，相互耦合在一起。所以，在研究胡克定理应用在压电弹性体中的机械效应与电效应相互关联的情况下，必须增加电效应对于机械效应的贡献；同样，在分析电学量关系式中也必须加上机械效应对电效应的贡献。而压电方程则是描述压电弹性体中电效应与机械效应之间关系的物理方程。应变ε 可以通过应力σ 和电场强度 E为自变量来描述压电方程，这时通过式子ijijε =dE和式iiuuε = c σ建立压电方程：uEijijiuε = d E+cσ(2.7)通过对压电材料的分析，要对承受应力方面和电场方面同时进行分析。ijijε =dE是电场强度和应变的关系。uEiiuε = c σ是应力和应变的关系，uEiiuε = c σ式中Eiuc 为电场强度为恒定值时的弹性柔顺常数，单位是 m /N2。电位移 D也可以用电场强度和应力两部分贡献来表示，式(2.8)：iiuuijjDdEσ= σ +ζ(2.8)上式中的iuuD = dσ是应力对压电片的影响所产生的电位移；ijjDEσ= ζ表示在无应力的情况下，外加电场的场强对压电片所造成影响而产生的电位移；ijjDEσ= ζ式中的σζij为无应力时候的介电常数。为了满足不同情况的具体要求
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电智能悬臂梁最优控制建模与仿真[J]. 孙煜博,秦建斌. 机械工程与自动化. 2008(02)
[2]大型空间柔性梁的有限元动力学建模方法研究[J]. 和兴锁,顾致平,邓峰岩. 机械科学与技术. 2007(09)
[3]基于Maxwell的磁流变阻尼器的磁路有限元分析[J]. 王宇飞,何琳,单树军. 噪声与振动控制. 2007(02)
[4]柔性空间结构高阶有限元模型与主动振动控制研究[J]. 蒋建平,李东旭. 宇航学报. 2007(02)
[5]液压柔性机械臂等效模型的鲁棒控制[J]. 曾克俭,李光. 机械科学与技术. 2007(03)
[6]柔性机械臂系统动力学建模的研究[J]. 崔玲丽,张建宇,高立新,肖志权. 系统仿真学报. 2007(06)
[7]LQR控制策略在柔性关节系统中的实现[J]. 袁浩,乔宇亮,李保林,王先来. 实验技术与管理. 2006(08)
[8]消除参数不确定柔性系统的残留振荡鲁棒控制[J]. 董明晓,于复生,孙杰,张桂青,张明勤. 中国机械工程. 2006(08)
[9]大运动柔性梁非线性动力响应分析[J]. 吴国荣,钟伟芳,李美之,梁以德. 振动与冲击. 2005(01)
[10]柔性结构的自组织模糊主动振动控制[J]. 陈展荣,徐娟,禹智涛. 华南理工大学学报(自然科学版). 2004(03)
博士论文
[1]基于压电致动器的柔性构件振动主动控制技术研究[D]. 吕永桂.浙江大学 2007
硕士论文
[1]压电柔性梁的振动主动控制研究[D]. 李磊.浙江大学 2008
[2]压电智能梁的振动控制[D]. 张勇.西安电子科技大学 2008
[3]压电智能结构的振动主动控制研究[D]. 尉飞.哈尔滨工业大学 2006
[4]基于神经网络振动主动控制方法的研究[D]. 陈晓宁.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3289875
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