压电智能结构的主动控制

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1、钢筋结构振动控制之基于压电智能材料的结构振动主动控制JunjieHU2011.12.19——研究概况与原理结构控制理论及应用StructuralVibrationControlPiezoelectricSmartMaterialBasedStructuralVibrationActiveControl——ResearchSummariesandtheories内容提要结构振动控制概述智能结构概述压电材料概述压电智能结构的振动控制概述基于压电智能材料的结构振动主动控制的原理基于压电智能材料的结构振动主动控制的应用

2、结构控制理论及应用结构振动控制概述结构振动控制的定义结构振动控制的任务结构振动控制的分类结构振动控制的方法结构控制理论及应用结构振动控制概述结构振动控制的定义所谓的振动控制就是在设计或安装中采取措施，以控制产品所经受的振动，把产品及所在系统的振动条件限制在允许范围内，使之能够保证产品的正常使用功能。崔明月《基于神经网络-遗传算法的压电智能板的振动控制方法研究》结构振动控制的任务振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，是振动研究的出发点和归宿。振动控制的两个方面：一方面是振动的利用，即充分利用有利的振动；另一方面

3、是振动的抑制，尽量减小有害的振动。常用的传统方法按照抑制振动的手段：消振、隔振、动力吸振、阻尼减振、结构修改等。振动控制的任务：通过一定的手段使受控对象的振动水平满足人们的预定要求。振动控制的五个环节：1.确定振源特性与振动特性；2.确定振动控制水平；3.确定振动控制方法，即确定衡量振动水平的量及其指标；4.进行分析与设计，包括建立受控制对象与控制设置的力学模型、进行振动分析，以及对控制装置与结构的设计；5.通过一定的控制率实现结构的振动控制。结构控制理论及应用结构振动控制概述结构振动控制的分类依据是否需要外界

4、能源，振动控制可分为：被动控制(PVC)：大体可概括为隔振、吸振和耗能三类；主动控制(AVC)：控制的目标函数，控制器的设计和施加控制力的方法等；半主动控制；混合控制；结构振动控制规律的方法反馈控制法自适应控制法PID控制法变结构控制法神经网络控制法模糊控制法鲁棒控制法最优控制法结构控制理论及应用智能结构概述智能结构的定义智能结构的发展智能结构的组成结构控制理论及应用智能结构概述智能结构的定义智能结构，就是在基体中嵌入或粘贴智能材料以作为传感器和致动器，从而能感知外界环境的变化及自身的实际状态，并能通过自身的感

5、知，作出判断，发出指令，执行和完成动作，实现动态或在线状态下的自检测、自诊断、自监控、自修复及自适应等多种功能。结构控制理论及应用智能结构概述智能结构的发展20世纪50年代，人们提出了智能结构，当时把它称为自适应系统（AdaptiveSystem）；20世纪80年代初期和中期，有三项著名研究计划推动了智能结构研究的发展，取得了实质性进展：一是飞机结构自主状态监测诊断；二是大型柔性太空结构形状与振动控制；三是潜艇结构声辐射控制；1988年9月，美国陆军研究办公室组织了首届智能材料、结构和数学的专题研讨会；结构控制

6、理论及应用智能结构概述智能材料与结构的发展有赖于以下三个方面:层状材料及复合材料的普遍使用。使传感器、驱动器、微处理器能与层状材斟结台在一起，追切需要解决它的强度诊断和月蟠E变化等问题，使得驱动元件和传感元件很容易融合进入材料，组成整体，从而具有人们期望的多种用途。对材料的机械、电子、化学、物理、热等多方面的耦合技术探索取得突破。对材料来说，完整的本构关系是包括力、光、电、磁和热性质等。但是以往考虑结构性能时又注意力学特性，研究电学性能时又注意电学特征。然而，当注意到本构关系中的非对称项对：如机电耦合项，会发现

7、许多有用的内容，正是这些项才是智能结构产生的物质基础。电子工程和计算机科学理论的发展。包括微电子学、总线技术、开关电网、光纤技术，以及信息处理、人工智能、控制理论的飞速发展，解决信息处理，为材料结构的智能化提供条件。结构控制理论及应用智能结构概述智能结构的组成智能结构至少由以下三部分组成：传感器、致动器、控制系统。传感器：传感器相当于智能结构的“神经细胞”，它担负着感知外界环境和内部状态变化的作用。振动系统中能把位移、速度或加速度等信号直接转换成电信号输出。常用的有：光导纤维、压电元件、电阻应变丝、疲劳寿命丝、

8、碳纤维、半导体等致动器：致动器是智能结构的“肌肉”，主要起响应和控制作用。致动器能够自适应地改变结构形状、刚度、位置、应力状态、固有频率、阻尼、摩擦力等。常用的有：形状记忆合金、压电材料、电流变液、磁流变液、形状记忆聚合物(SMP)、聚合胶体是几种最常用的致动材料。控制系统：能结构的控制器，是智能结构的“神经中枢”，它集成于结构之中，由具有控制功能的硬件电路或电脑芯片与软件组成，其控制