主动约束层阻尼结构鲁棒控制方法及实验地研究

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1、RobustControlMethodandExperimentStudyofActiveConstrainedLayerDampingAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringbyNiuNannanSupervisedbyProf.ZhengLingSpeciaty:VehicleEngineeringCollegeofMechanicalEnginee

2、ringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要主动约束层阻尼（ActiveConstrainedLayerDamping,ACLD）技术是以智能压电材料代替传统约束层阻尼结构中的约束层，通过压电约束层主动控制粘弹性材料的剪切变形，达到主动调节结构振动能量耗散的目的。它是一种典型的主、被动一体化振动控制方法，在结构振动控制方面展示了极其广阔的应用前景。本文采用有限元法，建立主动约束层阻尼结构的动力学模型，引用GHM模型描述粘弹性材料的力学性能

3、，通过仿真和实验研究，提出了主动约束层阻尼结构的振动控制方法。论文主要工作内容如下：①基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系，以GHM模型表征粘弹性材料随频率变化的力学特性，并与有限元法相结合，利用Hamilton原理和虚功方程，建立了平面薄板的主动约束层阻尼动力学模型。②采用GHM模型与有限元方法结合建立的系统动力学模型自由度庞大，不利于控制器设计。利用高精度动力缩聚法和平衡降阶法相结合的联合降阶法对建立的动力学模型进行降阶处理，获得了自由度维数低、具备可控性、可观性特点的动力学模型。通过对比降阶前后的固有特性，证明了降阶

4、方法的正确性。③考虑压电材料的机电耦合效应，对局部覆盖ACLD结构的悬臂板进行主动振动控制研究，设计了PD控制器和混合灵敏度H鲁棒控制器，并进行了理论仿真分析。研究表明：ACLD结构具有良好的作动能力和较强的振动响应抑制能力；采用相同的控制电压，基于混合灵敏度H鲁棒控制算法的ACLD结构减振效果更好，且具备良好的鲁棒性。④对主动约束层阻尼板进行了模态实验和振动主动控制实验。测试了悬臂ACLD板的模态，验证了本文建立的有限元动力学模型的正确性；以ACLD板为研究对象，采用混合灵敏度H鲁棒控制方法，完成了基于dSPACE系

5、统的闭环反馈控制，实验验证了控制器设计的有效性。关键词：主动约束层阻尼，有限元法，GHM模型，PD控制，混合灵敏度H鲁棒控制I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTActiveConstrainedLayerDamping(ACLD)treatmentsarethattheuncontrolledconstrainedlayerofpassiveconstrainedlayerdampingisreplacedbycontrolledpiezoelectricmaterial.Thesheardeformatio

6、nofviscoelasticmaterialscanbecontrolledactivelyinordertoenhanceenergydissipationofvibration.ACLDisatypicalhybridstrategyofactiveandpassivevibrationcontrol.Itcombinestheadvantagesofactivecontrolandpassivedampingandrevealsgreatpotentialapplicationsonstructurevibrati

7、oncontrol.Inthispaper,afiniteelementmodelisdevelopedtodescribeandpredictthevibrationcharacteristicsofthestructurestreatedwithACLDtreatments.TheconstitutivepropertyvariedwithfrequencyforviscoelasticmaterialischaracterizedbyGHMmodel.Accordingtothestudyofsimulationan

8、dexperiment,themethodofvibrationcontrolaboutthestructurestreatedwithACLDtreatmentsispresented.Thecontentsofthepaperareexpressedasfollows:①Afiniteelement