基于柔性铰链的压电作动器优化设计及实验研究

发布时间：2017-10-09 23:26

  本文关键词：基于柔性铰链的压电作动器优化设计及实验研究

  更多相关文章： 空间结构 压电叠堆 柔性铰链 放大机构 优化设计 实验

【摘要】：大型空间结构展开锁定后尺度大、频率低,由于没有大气阻尼,一旦发生振动很难短时间内衰减,需要对其进行振动控制。压电作动器体积小、输出力大,在空间结构振动控制方面受到广泛关注。本文采用理论分析、有限元仿真、实验研究相结合的方法,研究适用于空间索网式结构振动控制的新型压电作动器。论文主要工作如下。首先,根据第一类压电方程研究了压电陶瓷块和压电叠堆的位移特性,建立了压电叠堆的电学等效模型;分析了几种柔性铰链机构的传动原理,给出了相应的位移输出放大系数,推导了柔性铰链转角柔度的表达式。接着,设计了一种对称二级杠杆式柔性铰链微位移放大机构,建立了结构的参数化有限元模型,利用遗传算法结合MATLAB-ANSYS联合仿真,考虑尺寸约束和应力约束条件,以位移放大系数作为适应度值对结构尺寸进行了优化。随后,在简要分析Preisach迟滞模型的基础上,利用神经网络方法对Preisach模型进行描述,提出了两种改进的后处理方法:择优选择法和加权平均法,并通过数值算例验证了这两种方法的有效性;在此基础上通过合理假设引出压电作动器的线性动态模型。然后,根据优化结果对压电作动器输入-输出动态特性进行了实验研究,得到了该压电作动器压电叠堆的迟滞主环。最后,通过弹性梁振动控制,考核了该压电作动器的振动控制效果,表明设计的压电作动器具有较好的动态输出性能。本文研究了基于压电叠堆的一种压电作动放大机构的设计及其优化问题,获得了压电作动器的动态特性,通过实验验证了该放大机构的动态输出效果,为空间索网结构的振动控制提供了一种有效的作动器件。
【关键词】：空间结构 压电叠堆 柔性铰链 放大机构 优化设计 实验
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V441
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 引言15-16
• 1.2 空间可展开天线分类16-19
• 1.2.1 板状反射面天线16-17
• 1.2.2 充气式可展开天线17-18
• 1.2.3 网状反射面可展开天线18-19
• 1.3 智能材料在振动主动控制中的应用19-21
• 1.3.1 压电智能桁架20-21
• 1.3.2 压电智能索21
• 1.4 压电作动器的几种典型结构21-24
• 1.4.1 尺蠖式作动器22-23
• 1.4.2 压电微位移作动器23-24
• 1.5 本文研究内容与结构安排24-26
• 第二章 压电作动器结构理论分析26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 压电结构基本方程26-32
• 2.2.1 第一类压电方程26-28
• 2.2.2 压电陶瓷块力学特性分析28-30
• 2.2.3 压电叠堆力学特性分析30-31
• 2.2.4 压电叠堆电学简化模型31-32
• 2.3 柔性铰链结构分析32-37
• 2.3.1 柔性铰链机构放大系数分析33-35
• 2.3.2 柔性铰链转角柔度计算35-37
• 2.4 小结37-38
• 第三章 微位移放大机构优化设计38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 初步设计模型分析38-40
• 3.2.1 几何分析模型39
• 3.2.2 有限元模型39-40
• 3.3 位移放大机构尺寸优化40-47
• 3.3.1 遗传算法简介40-43
• 3.3.2 遗传算法优化43-45
• 3.3.3 遗传算法优化结果45-47
• 3.4 小结47-48
• 第四章 压电作动器动态特性研究48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 压电叠堆迟滞特性分析48-57
• 4.2.1 迟滞模型48-50
• 4.2.2 神经网络50-53
• 4.2.3 训练样本及测试样本生成53-54
• 4.2.4 神经网络训练改进方法54-55
• 4.2.5 数值算例分析55-57
• 4.3 压电作动器的线性动态模型57-58
• 4.4 小结58-59
• 第五章 压电作动器实验研究59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 压电作动器性能测试59-64
• 5.2.1 压电作动器输入-输出特性测试60-63
• 5.2.2 压电叠堆迟滞特性测试63-64
• 5.3 弹性梁振动控制实验研究64-69
• 5.3.1 实验平台搭建64-65
• 5.3.2 高阶谐波控制方法65-68
• 5.3.3 振动控制实验68-69
• 5.4 小结69-70
• 第六章 总结70-72
• 6.1 本文主要的工作与贡献70-71
• 6.2 未来工作的展望71-72
• 参考文献72-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80

【参考文献】

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本文编号：1003052