压电智能板振动控制的研究

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1、压电智能板振动控制的研究摘要随着70年代末80年代初智能材料和智能结构概念的提出，压电材料作为一种同时兼有自感知能力和自适应能力的智能材料，受到了广泛的关注。本文基于现代控制理论选用结构控制能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR法，利用压电材料对各种支撑条件下的板进行结构振动的主动控制。首先，按能量准则对各种支撑条件下控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)的计算公式进行理论推导；然后用Mathematic编写程序计算权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)；再利用Matlab系统仿真，数字模拟了各种支撑条件下板的基频振动的振动控制响应和控制电压。并对该方法计算出

2、的R值和任意取的R值所得的结果进行了比较，证明了该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的；最后，对压电片的位置和大小对控制结果的影响进行了讨论。关键词：压电智能板；振动控制；LQR法；能量准则StudyonVibrationActiveControlforPiezoelectricIntelligentPlateABSTRACTWiththeappearanceofintelligentmaterialandstructureconceptduringtheendof1970stothebeginningof1980s，piezo-materi

3、al，akindofintelligentmaterialwithadaptiveability,receivedwidelyattention．Basedonthemoderncontr01method，aLQRmethod，inwhichthevibrationenergyofthestructureandthecontrolsignalenergywerechosenastheobjectfunction．wasadoptedtocontr01thevibrationofplatewithvariousboundaryconditionsthrough

4、usingpiezoelectricmaterial．First，accordingtotheenergycriterion，programmingtocalculatetheweightingfactors(matrixQandR)inobjectfunction．ThenusingthesystemsimulationofMatlab，theresponseandcontrolvoltageofplatewerenumericsimulatedunderdifferentboundarycondition．ThevalueofRderivedfromth

5、ismethodwascomparedwiththatrandomR．Theresultpmvedthatthismethodwasmoreeffectivetorestrainthestructuralvibrationandreducethetotaldissipativeenergy．Atlast，thepaperdiscussedtheinfluenceofpiezo-patch’slocationandsizetocontrolresult．Keywords：piezoelectricintelligentplate；vibrationcontro

6、l；LQRmethod；energycriterion插图清单图1．1现代缩构分类图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1圈2．1各囊舅萑毫分震中p、D、E之溷瓣⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12图3-l压电甥能板结构模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16鹜5．1支撑形式羹ssss薅，援不受控麓嚣寸静掇凌馥线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29图5．2支撑形式为SSSS时，板受控制时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29錾5—3支撑形式戈SSCC爵，援不受控刽时载援劾鳇线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3e图5-4支撑形式为SSGC时，板受控制时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30图5-5支撑形式为SSCS时，

7、板不受控刿时的振动鳆线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30图5-6支撑形式为SSCS时，板蹙控制时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30图5—7支撑形式为sscF时，扳不受控铡时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31图5．8支撑形式为sscF时，板受控制时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31图5-9支撑形式为CCSS时，板不受控制时的振渤曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32图5．10支撵形式为CCSS时，板受控制时I!i勺搬动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32图5一11支撑形式为cccc时，板不受控制时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯32图5．12支撑形式为CCCC时，板受控制时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32图5-13支撑形式为CCCS

8、时，板不受控制时的振动曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯33图5．14