薄板结构的压电主动抑振研究

发布时间：2017-09-15 14:49

  本文关键词：薄板结构的压电主动抑振研究

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【摘要】：薄板是整车中普遍存在的结构形式。薄板结构易于振动,对车室内的NVH性能影响尤为突出。除了传统的结构优化和铺设阻尼材料,压电主动控制是一种新兴的抑振手段。压电材料特有的正逆压电效应,使其既能制成感应结构振动的传感器,又可制成抑制结构振动的作动器。对于车门和顶棚之类的薄板结构,通常将压电材料制作成薄片形式,通过将其粘贴在薄板表面形成压电层合结构。本文基于Matlab编程对压电层合结构进行建模和动力学仿真,并通过相应实验验证仿真程序的可靠性,进一步利用仿真程序,研究基于遗传算法参数整定的PID控制对压电层合结构实施多模态抑振的可行性。论文的主要研究内容有:首先根据压电层合结构的物理特性,结合有限元方法和Hamilton原理建立了结构的动力学微分方程,并运用Matlab编制了相应的动力学仿真程序。以一个悬臂梁为算例,利用仿真程序对其进行模态分析,并进行相应的模态实验对仿真结果进行验证。随后建立了对压电层合结构实施PID主动控制时的等效动力学微分方程,将其表达为状态空间形式以便于Matlab求解,并编制了相应的仿真程序。同样以之前的悬臂梁为算例,基于单元模态应变能最大准则确定压电片的布置位置,对压电悬臂梁进行未控制/P控制下的自由振动衰减仿真和实验,通过对仿真和实验结果的对比分析证明仿真程序具有一定的可靠性。最后利用仿真程序对一四边固支的压电层合板进行了PID控制下多模态抑振的研究。通过动力学分析将其一、二阶模态设置为待控模态,根据模态分析结果确定压电片位置并将压电片分为4组,每一组具有独立的PID控制参数。编制遗传算法完成对4组PID控制参数的整定,得到参数整定后的控制响应,并与未控制时的响应进行了对比分析和讨论。
【关键词】：薄板结构 压电 主动控制 有限元 遗传算法
【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】：U461.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 本文的研究内容11-13
• 2 压电层合板的有限元建模及分析13-29
• 2.1 压电层合板的有限元建模13-17
• 2.1.1 薄板弯曲问题的单元分析13-16
• 2.1.2 压电层合板的结构分析16-17
• 2.1.3 压电方程17
• 2.2 压电层合板的有限元动力学微分方程17-22
• 2.2.1 单元的有限元动力学微分方程17-21
• 2.2.2 整体结构的有限元动力学微分方程21-22
• 2.3 压电悬臂梁的仿真/实验模态分析22-27
• 2.3.1 基板的模态分析22-25
• 2.3.2 层合板的模态分析25-27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 压电悬臂梁的振动主动控制仿真和实验29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 PID控制下的等效动力学方程29-33
• 3.2.1 PID控制法简介29-30
• 3.2.2 PID控制下系统的状态空间表示方法30-33
• 3.3 压电悬臂梁主动抑振仿真33-37
• 3.3.1 结构阻尼的获取33-35
• 3.3.2 P控制下的自由振动衰减仿真35-37
• 3.4 P控制实验及与仿真结果的对比分析37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 PID控制下压电智能板的多模态抑振研究41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 压电智能板多模态抑振41-44
• 4.3 遗传算法简介44-45
• 4.4 模态叠加法与模态截断45-47
• 4.5 基于遗传算法的PID参数整定47-53
• 4.6 本章小结53-55
• 5 总结及展望55-57
• 5.1 论文总结55
• 5.2 研究工作展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-61

【参考文献】

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本文编号：857171