基于层叠式PVDF作动器的混合隔振器的设计与特性研究

发布时间：2017-10-26 00:30

  本文关键词：基于层叠式PVDF作动器的混合隔振器的设计与特性研究

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【摘要】：机载精密仪器承担着导航、控制、检测、通信等重要任务,是飞行器正常工作的必要保障,但是在飞行器飞行过程中,这些仪器却不可避免承受各种振动扰动,影响其正常工作。因此,必须采取措施将振动隔离。单纯被动隔振方法与单纯主动隔振方法均具有自身不足,为了高效改善机载精密仪器的振动环境,需要有效结合主动隔振和被动隔振二者优势,发展主被动混合隔振技术。考虑到橡胶元件优异的刚度与阻尼特性,选用橡胶元件作为混合隔振器的被动元件。在详尽研究了压电材料的工作机理的基础上,利用PVDF压电薄膜设计了一种层叠式PVDF作动器。该作动器具有厚度小、质量轻、柔性高等优点,在文中被用作混合隔振器的主动元件。将橡胶元件和层叠式PVDF作动器串联,设计了一种主被动混合隔振器。利用振动测试的方法测定了其被动特性,同时利用仿真的方法讨论了各个元件对混合隔振器被动性能的影响。在讨论了各种反馈方法对主被动混合隔振器性能的影响后,本文又比较了比例反馈控制方法和Bang-Bang控制的优缺点,在此基础上设计了一种改进的Bang-Bang控制方法。然后本文通过实验的方法,验证了文中所设计的混合隔振方案的有效性。实验结果表明,主被动混合隔振能够比被动隔振取得更好的隔振效果,在系统的共振区混合隔振的优势最为明显;实验结果同时表明,改进的Bang-Bang控制方法与比例反馈控制方法相比具有更好的控制效果。本文的最后提出了一种三方向混合隔振器的初步设计方案,作为未来继续研究的基础。
【关键词】：橡胶 压电材料 层叠式PVDF作动器 主被动 混合隔振器 控制方法
【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】：2015
【分类号】：V241;TB535.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 隔振技术综述14-18
• 1.2.1 被动隔振14-15
• 1.2.2 主动隔振15-17
• 1.2.3 主被动混合隔振17-18
• 1.3 国内外研究现状18-21
• 1.3.1 混合隔振研究现状18-19
• 1.3.2 PVDF作动器研究现状19-21
• 1.4 本文的主要研究工作21-22
• 第二章 压电材料工作机理22-28
• 2.1 压电效应22
• 2.2 压电材料特性参数22-24
• 2.2.1 弹性常数22-23
• 2.2.2 介电常数23
• 2.2.3 压电常数23-24
• 2.3 压电方程24-26
• 2.4 PVDF压电薄膜26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 单方向混合隔振器结构设计28-39
• 3.1 混合隔振器设计的关键问题28-29
• 3.2 混合隔振器的被动元件设计29-31
• 3.2.1 被动元件的分类29-30
• 3.2.2 被动隔振元件的选取30-31
• 3.3 混合隔振器的主动元件设计31-37
• 3.3.1 主动元件的分类31-32
• 3.3.2 层叠式PVDF作动器设计与工艺流程32-37
• 3.4 主被动混合隔振器结构设计37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 单方向混合隔振器力学特性研究39-56
• 4.1 刚度与阻尼参数识别原理39-40
• 4.2 橡胶元件的刚度与阻尼识别40-43
• 4.3 层叠式PVDF作动器的性能测试与参数识别43-48
• 4.3.1 层叠式PVDF作动器的刚度与阻尼识别43-45
• 4.3.2 层叠式PVDF作动器的作动原理45-47
• 4.3.3 层叠式PVDF作动器作动性能的实验验证47-48
• 4.4 混合隔振器的力学特性研究48-51
• 4.4.1 混合隔振器的动力学模型48-49
• 4.4.2 混合隔振器的物理特性研究49-51
• 4.5 影响混合隔振器被动性能的因素研究51-55
• 4.5.1 被动元件参数对混合隔振器的性能影响52-53
• 4.5.2 中间质量对混合隔振器的性能影响53
• 4.5.3 主动元件参数对混合隔振器的性能影响53-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 单方向混合隔振器性能研究与三方向混合隔振器初步设计56-69
• 5.1 控制器设计56-61
• 5.1.1 不同比例反馈控制信号效果仿真分析56-59
• 5.1.2 Bang-Bang控制方法及其改进59-61
• 5.2 单方向混合隔振器性能的实验研究61-65
• 5.2.1 实验平台搭建61-62
• 5.2.2 实验结果与结论62-65
• 5.3 三方向主被动混合隔振器初步设计65-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 全文工作总结69-70
• 6.2 研究展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文76

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