基于MFC的悬臂梁振动抑制设计与试验研究

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1、第２３卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．４２０１７年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１７基于ＭＦＣ的悬臂梁振动抑制设计与试验研究１２２１毕凤霞，时军委，史航，苏成利（１．辽宁石油化工大学信控学院，辽宁１１３０００；２．上海宇航系统工程研究所，上海２０１１０９）摘要：为研究压电材料ＭＦＣ在太阳电池翼等低频梁板结构振动抑制中的应用，搭建压电悬臂梁试验系统，辨识得到系统传递函数，分别设计了位移开关控制器、速度开关控制器以及根轨迹控制器，对控制器的实际振动抑制效果进行了试验，试验结果表明系

2、统阻尼比由原来的４％分别上升为３％、６％和５％，表明所设计的控制器在压电悬臂梁的一阶弯曲模态振动抑制中控制效果明显，分析了三种控制效果产生差异的原因，其中速度开关控制效果最好。关键词：压电纤维复合材料；悬臂梁；振动抑制；试验研究中图分类号：Ｖ１９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１７）０４-０４９３-０５ＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｔｕｄｙｏｆＣａｎｔｉｌｅｖｅｒＢｅａｍＶｉｂｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＢａｓｅｄｏｎＭａｃｒｏ⁃ｆｉｂｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ１２２１ＢｉＦｅｎｇｘｉａ，ＳｈｉＪ

3、ｕｎｗｅｉ，ＳｈｉＨａｎｇ，ＳｕＣｈｅｎｇｌｉ（１．ＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ１１３０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｈａｎｇｈａｉ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｏｌａｒａｒｒａｙｓｗｉｔｈｒｅｌａｔｉｖｅｌｏｗｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ａｎｅ

4、ｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｂｅａｍｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｎｄｔｈｅｏｎ-ｏｆｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｄｉｓｐｌａｃｅ-ｍｅｎｔ，ｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｒｏｏｔｌｏｃｕｓｃｏｌｌｅｃｔｏｒｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｗａｓｉｎｖｅｓ-ｔｉｇａｔｅｄａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔ

5、ｈａｔｔｈｅｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ-ｂａｓｅｄｏｎ-ｏｆｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｂａｓｅｄｏｎ-ｏｆｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｒｏｏｔｌｏｃｕｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４％ｔｏ３％，６％ａｎｄ５％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓｃａｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｒｅ-ｄｕｃｅｔｈｅｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｍｏｄａｌｖｉ

6、ｂｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｂｅａｍ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｂａｓｅｄｃｏｌｌｅｃｔｏｒｗａｓｔｈｅｂｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｃｒｏｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｂｅａｍ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈ频率低、阻尼弱，加上外层空间为无阻环境，受外１引言界激励的影响后，容易引起持续而强

7、烈的振动，很［２］太阳电池翼是一种独立于航天器本体的梁板难衰减，对飞行器的稳定性和指向精度产生影结构，广泛应用于卫星、载人飞船、行星探测器和响。因此为提高飞行器指向精度和稳定度，必须空间站等航天器。随着航天技术的发展，航天器对其进行振动抑制。所需功率越来越大，太阳电池翼面积增加，但重量用于振动抑制的作动器材料有形状记忆合不能无限制地增加。因此，太阳电池翼须向轻量金、电（磁）流变体、超磁致滞伸缩材料和压电材［３］［４］化方向发展，出现了各种大型轻质太阳电池料等。Ｂａｉｌｅｙ等人将聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）

8、作［１］翼。大型轻质太阳电池翼属于柔性结构，在空为分布式作动器抑制卫星结构上的悬臂梁振动。［５］间环境极易受外界干扰而引起结构振动，而大型刘巍利用超磁致伸缩薄膜进行了悬臂梁的振［６］太阳电池翼尺度大、质量轻、刚度低，因此其固有动抑制试验验研究。王修勇基于磁致伸缩作收稿日期：２０１７-０２-２８；修回日期：２０１７-０６-２９基金项目：国家自然科学基金（１１５０２１４８）第一作者：毕凤霞，女，硕士研究生，研究方向为振动抑制。Ｅ-ｍａｉｌ：ｂｉ＿ｆｅｎｇ５２０＠１６３．ｃ