采用压电片作动器驱动的柔性板结构振动主动控制

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1、中图分类号：V214.3论文编号：102870115-S175学科分类号：082501硕士学位论文采用压电片作动器驱动的柔性板结构振动主动控制研究生姓名郎凯学科、专业飞行器设计研究方向直升机动力学与控制指导教师夏品奇教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringActiveVibrationControlofFlexiblePlateStruct

2、ureDrivenbyPiezoelectricActuatorsAThesisinFlightVehicleDesignbyLangKaiAdvisedbyProf.XiaPinqiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或

3、撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：I采用压电片作动器驱动的柔性板结构振动主动控制摘要航空、航天设备中的柔性结构通常具有刚度低、跨度大以及柔度高等特点，易受到外部激励扰动产生不易衰减的大幅振动，智能结构以及结构响应主动控制技术的发展为振动控制问题提供了新的解决方案。本文设计了一种前馈-反馈混合控制

4、方法，利用压电陶瓷片对柔性板结构进行振动主动控制。首先分析了压电材料的机-电耦合关系，并采用4节点矩形薄板单元，基于Hamilton原理建立了柔性板和压电片耦合结构的动力学有限元模型；之后根据能量准则采用粒子群算法对压电作动器、传感器的位置进行优化，并对柔性板前几阶模态固有振型进行了应变分析，讨论了压电片优化结果对柔性板振动控制和观测的意义；之后结合线性二次高斯（LQG）反馈控制与自适应前馈控制建立了前馈-反馈混合控制系统；最后利用Simulink软件对降阶后的模型进行仿真，分别针对稳态和瞬态激励两种振动环境对比了前馈控制、反馈控制

5、以及前馈-反馈混合控制方法的控制效果，分析了混合控制方法的优势以及前馈、反馈控制在混合控制中所起到的作用。关键词：柔性板，位置优化，粒子群优化算法，结构响应主动控制，混合控制II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTFlexiblestructuresappliedintheaviationandaerospaceequipmentareusuallycharacterizedbytheirlowrigidity,largesizeandhighflexibility.Vibrationsproducedbyanydistur

6、bancearedifficulttoattenuate.Thedevelopmentofsmartstructuresandactivecontrolofstructureresponseprovidessomenewsolutionsforthoseproblems.Inthisthesis,ahybridfeedforward-feedbackcontrolschemewasdesigned,andimplementedinaplatewithpiezoelectricactuators.Using4-noderectangu

7、larelementmodel,thecoupledflexibleplate/piezoelectricelementsdynamicequationwasestablishedbasedonHamiltonprinciple.Byadoptinganenergy-basedoptimalpositioningstrategyandparticleswarmoptimizationalgorithm,theinstallationlocationsofpiezoelectricactuators/sensorswereoptimi

8、zed.Stainanalysisonlowordermodesoftheflexibleplatewasaccomplishedinordertodiscusstheeffectoftheoptimizationonvibratio