机敏约束层阻尼薄板作动器位置优化及振动主动控制

发布时间：2017-08-14 17:40

  本文关键词：机敏约束层阻尼薄板作动器位置优化及振动主动控制

  更多相关文章： 振动主动控制 机敏约束层阻尼 作动器位置优化 鲁棒H∞控制 混合灵敏度 加权函数

【摘要】：随着人们对燃油经济性的要求越来越高,车身轻量化显得尤为重要。在车身轻量化的过程中,车身壁板变薄导致车身刚度降低,加大了车身结构的低频振动与噪声,这与汽车舒适性要求相互矛盾,传统NVH技术已经无法很好的解决这一问题。机敏约束层阻尼(Smart Constrained Layer Damping,SCLD)结合了被动阻尼技术与主动控制技术的优势,能有效的控制车身在很宽频率范围内的振动,尤其是低频振动的控制,为车身低频振动与NVH的优化提供了一种新的方法。本文以对边约束SCLD板结构为研究对象,对其进行作动器位置优化以及振动主动控制研究。首先,采用有限元法根据SCLD结构各层间的耦合运动以及位移协调关系,考虑到粘弹性材料力学性能随温度与频率变化而变化,利用GHM模型建立SCLD耦合系统动力学模型。由于引入了附加自由度,所以系统模型的自由度数庞大,运用高精度动力缩聚与内平衡降阶的复合降阶方法,得到自由度数较少的低阶模型,并通过模态实验验证降阶效果。其次,基于可控性Gramian矩阵,利用遗传算法对作动器位置进行优化,最终确定作动器的贴片位置。再次,针对SCLD板结构对白噪声随机激励下控制效果不好的现象,对鲁棒H∞混合灵敏度控制算法得出一种特定的加权函数选取方法设计鲁棒控制器,对结构进行主动控制仿真。最后,基于鲁棒H∞控制器,对优化前后的SCLD板结构进行主动控制实验。研究结果表明:在动力学方程中引入GHM模型,在引入相对较少的耗散自由度的情况下得到较精确的动力学模型。运用高精度动力缩聚与内平衡降阶复合降阶后,原模型的自由度数大量缩减,在低频段得到较精确的模型。通过合理选取加权函数所设计的鲁棒H∞控制器对SCLD板结构在一阶固有频率正弦激励,复合周期激励与白噪声随机激励三种不同激励下控制效果良好。硬件在环主动控制实验效果良好,作动器位置优化后的SCLD板结构在一阶固有频率正弦信号激励与固有频率混合周期信号激励下,振动响应幅值分别下降了约40%与42%;在白噪声随机激励下,响应幅值的均方根值下降了22%,并且能在较宽泛的频带上对随机信号都有控制效果,证明了作动器位置优化的正确性与控制方法的有效性。
【关键词】：振动主动控制 机敏约束层阻尼 作动器位置优化 鲁棒H∞控制 混合灵敏度 加权函数
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.82
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 论文研究背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-12
• 1.2.1 机敏约束层阻尼模型研究现状8-9
• 1.2.2 作动器位置优化研究现状9-11
• 1.2.3 主动控制方法研究现状11-12
• 1.3 本文研究目的与研究内容12-14
• 2 SCLD板结构动力学建模与降阶14-30
• 2.1 压电材料特性14-15
• 2.2 粘弹性材料特性15-17
• 2.3 SCLD板结构有限元动力学模型17-22
• 2.3.1 结构形式及形函数17-18
• 2.3.2 SCLD板单元本构关系18-19
• 2.3.3 SCLD单元能量关系19-22
• 2.3.4 引入GHM模型的总动力学方程22
• 2.4 SCLD板结构降阶处理22-24
• 2.5 数值算例24-27
• 2.6 小结27-30
• 3 压电作动器位置优化30-40
• 3.1 作动器优化配置准则30-32
• 3.2 优化算法32-36
• 3.2.1 遗传算法简介32-34
• 3.2.2 压电作动器位置优化的遗传算法实现34-36
• 3.3 优化配置数值仿真36-37
• 3.4 小结37-40
• 4 SCLD板结构鲁棒H_∞混合灵敏度控制40-54
• 4.1 鲁棒H_∞混合灵敏度控制40-44
• 4.1.1 标准H_∞控制问题40-42
• 4.1.2 灵敏度定义42
• 4.1.3 灵敏度函数和补灵敏度函数42-44
• 4.2 鲁棒_∞混合灵敏度控制器设计44-47
• 4.2.1 增广控制模型44-45
• 4.2.2 加权函数的选择45-47
• 4.3 算例仿真分析47-53
• 4.3.1 算例对象47-49
• 4.3.2 振动控制仿真49-53
• 4.4 小结53-54
• 5 板结构振动主动控制实验54-64
• 5.1 实验内容及设备54
• 5.2 振动主动控制实验54-62
• 5.3 小结62-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 论文总结64-65
• 6.2 论文创新点65
• 6.3 展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-74
• 附录74
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录74

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本文编号：673911