压电智能结构模态控制研究

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1、河北工程大学硕士学位论文压电智能结构模态控制研究姓名：赵冬冬申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：张京军20070401摘要摘要智能结构由主结构、智能材料及控制系统组成，它是一种仿生结构体系。智能材料分别代表传感器和驱动器，压电材料由于具有正、逆压电效应，既可作传感器又可作驱动器，因而广泛应用于智能结构振动主动控制系统中。压电智能结构振动主动控制技术就是根据压电传感器和驱动器的正、逆压电效应来减少或降低结构的振动，从而达到控制结构振动的目的。它是控制理论在振动工程中的应用，其中控制方法的研究是该领域的研究重点之一。本文首先通过对粘贴压电片的智能复

2、合材料结构的应力和应变分布规律以及对压电片压电方程的分析，推导压电片作为驱动器时对基体结构的致动能力，得到压电作动器的压电致动方程；以及当其作为传感器时对结构变形的感知能力，得到压电传感器的压电传感方程。对粘贴压电片的智能材料结构的建模方法进行探讨和研究。基于有限元分析软件ANSYS，建立压电智能梁结构的有限元模型，对其进行模态分析，并研究粘贴有压电片梁结构的静力学和动力学实例。对粘贴压电片的智能材料结构推导动力学方程，将动力学方程按模态坐标进行解耦，将解耦的动力学方程转化到状态空间，推导状态反馈最优控制的理论公式，设计线性二次型最优控制器。最后通过

3、MATLAB软件和ANSYS软件对压电悬臂梁进行振动主动控制仿真，验证基于线形二次型最优控制的独立模态控制方法的有效性。关键词：压电材料；模态控制；ANSYS软件；二次型最优控制；主动控制IAbstractAbstractIntelligentstructuresareonesortsofthebionicstructureswhichareconsistedofthemainstructure,theintelligentmaterialsandthecontrolsystem.Theintelligentmaterialsincludethese

4、nsorsandtheactuators.Beacauseofthepositiveandinverseeffectofthepiezoelectricmaterials,theycanbeusedbothassensorsandactuators.Consquently,piezoelectricmaterialsareappliedabroadintheactivevibrationcontrolsystemsoftheintelligentstructures.Thetechnologyoftheactivevibrationcontrolis

5、justbasedonthepositiveandinverseeffectofthesensorsandactuatorssoastoreduceordecreasethevibrationandcontrolitwellofthestructures.Itistheapplicationofthecontroltheoryinthevibrationengineering.Thestudyofthecontrolmethodisoneofthemostimportantones.Firstly,basedonthepiezoelectricequ

6、ations,thesensingandactuatingabilitiesareparticularlyanalyzedinthispaper,andgainedthesensingandactuatingequationsrespectively.ThemathematicmodelofapiezoelectricintelligentcantileverbeamissetupandalsodosomemodeanalysessimultaneouslybytheapplicationoftheANSYSsoftware.Severalmetho

7、dsofthevibrationcontrolareintroducedparticularly.TheindependentmodalspacecontroltechniquewhichisbasedontheLinearQuadraticRegulator(LQR)controlmethodisderived,andthecontrolunitisdesigned.Atlast,theemulationalexampleinthispaperhasprovedthevalidityofthemethod.Keywords:Piezoelectri

8、cmaterials;Modalcontrol;ANSYSsoftware;Linearquadraticr