磁致伸缩悬臂梁振动特性及其被动控制的研究

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1、分类号:TM15密级:公开UDC:621.3编号:201421401010河北工业大学硕士学位论文磁致伸缩悬臂梁振动特性及其被动控制的研究论文作者:赵蒙蒙学生类别:全日制学科门类:工学硕士学科专业:电气工程指导教师:曹淑瑛职称:教授ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringVIBRATIONCHARACTERISTICSANDPASSIVECONTROLOFMAGNETOSTRICTIVECANTILEVERByZh

2、aoMengmengSupervisor:Prof.CaoShuyingDecember2016摘要磁致伸缩材料能实现机-磁-电(机械场、电磁场和电路)双向换能，是电工高技术领域的重要磁控智能材料。新型磁致伸缩材料Galfenol能有效克服压电材料PZT、超磁致伸缩材料Terfenol-D在弯曲过程中承受较大张力时出现断裂的重大缺陷，在智能悬臂梁结构减振控制等领域有广阔的应用前景，因此，对其振动控制的研究具有重要的理论和现实意义。本文首先介绍了智能悬臂梁结构振动控制的研究进程，总结了振动控制的几种主要控制方法，对磁致伸缩材料Galfenol悬

3、臂梁结构的研究现状进行了概括分析。然后建立了磁致伸缩悬臂梁振动器件的分布参数模型，在加速度的激励下推导了功率传递函数和位移传递函数的表达式，该模型能够同时预测功率传递率的响应曲线和位移传递率的响应曲线随外接不同负载阻抗的变化趋势，并且可以分析器件在各阶模态下的振动性能。在此基础上，假设器件做单模态振动，将器件看作单自由度质量弹簧阻尼系统，本文又建立了悬臂梁振动器件一阶模态下的集中参数模型，分析了外接分流电路后被动控制系统的稳定性以及各个参数对系统位移传递率曲线的影响，将计算结果与实验结果相对比，表明了所建模型的正确性与有效性，所建模型能够很好

4、地描述分流阻抗对控制系统谐振频率以及振动幅值的影响，并且粗略估计了器件最佳工作状态的负载阻抗。类比于质量阻尼弹簧系统的优化设计，采用H2优化算法，对串联L-R-C分流电路的磁致伸缩悬臂梁振动控制系统进行参数优化，选取合适的电路参数使得系统具有满意的振动性能。本文的研究对于磁致伸缩悬臂梁振动器件整体性能的预估、设计、控制和使用具有重要的指导作用。关键字:磁致伸缩材料悬臂梁被动控制分流电路IABSTRACTMagnetostrictivematerialscanrealizemachine-magnetic-electricity(mechani

5、calfield,electromagneticfieldandcircuit)two-waytransducting,areimportantmagnetronintelligentmaterialsinthefieldofelectricianhightechnology.Galfenolmaterialasanewmagnetostrictivematerial,combinesmallsaturatedmagneticfield,highCurietemperature,lowbrittleness,andhightensilestr

6、ength,caneffectivelyovercomethemajordefectsintheprocessofbendingfractureofpiezoelectricmaterialPZT,giantmagnetostrictivematerialTerfenol-Dunderhightension.Magnetostrictivematerialshavebroadapplicationprospectsinthefieldsofintelligentcantilevervibrationcontrol,sothestudyofth

7、evibrationcontrolmethodshasimportanttheoreticalandrealisticsignificance.Firstly,inthispaper,theresearchprocessofthesmartcantilevervibrationcontrolisintroduced,themainvibrationcontrolmethodsandthedevelopmentsituationofmagnetostrictiveGalfenolvibrationcantileveraresummarized.

8、Andthenthedistributedparametermodelofmagnetostrictivecantileverisestablished.Thetr