圓柱殼結構振動功率流主動控制研究.pdf

1、主動控制是一個非常復雜的系統工程,設計實施振動控制時,需根據被控對象的特點及工況環(huán)境和對控制效果的期望選擇合適的控制方式、算法和策略才能使效益最大化。本文主要以圓柱殼結構為對象,以結構振動功率流為控制目標,從能量的角度對無限長圓柱殼、耦合壓電智能材料殼體和內嵌形狀記憶合金殼體,進行了結構振動主動控制的理論研究,最后對基于輸入功率流主動控制的理論結果進行了試驗驗證。
　　文中首先以無限長圓柱殼結構為研究對象,進行了輸入殼體功率流的主

2、動控制研究。用波動法求解殼體動響應,在波數域中將輸入殼體的總功率流轉化為控制力特征向量的二次型形式,使用哈密頓二次型前饋最優(yōu)控制法,求取最優(yōu)控制力的大小和相位信息。同時采用類似LQR算法的形式,在目標函數中加入控制力特征向量二次項,以期用較小的控制力獲得較為滿意的控制效果。
　　為驗證所選控制方式及算法的合理性,文中接下來以輸入殼體的總功率流為目標函數,推導了基于外擾激勵力為參考信號的前饋迭代公式和以殼體位移、速度、加速度響應為反

3、饋信號的反饋迭代公式。將兩種控制方式用于同一結構模型的振動主動控制,并對控制效果及系統運行效率進行了比較。將牛頓迭代、遺傳算法和粒子群優(yōu)化算法等廣泛應用的優(yōu)化算法,針對目標函數的形式特點經一定改進后,應用于最優(yōu)控制力特征值的求取,以使控制后輸入殼體的總功率流最小。
　　對于表面粘貼壓電片的殼體結構,在壓電片粘貼位置通過列寫微元各個方向力、力矩動平衡方程,并使用Flügge殼體理論將平衡方程中的力和力矩用殼體響應表示以得到表面粘貼壓

4、電片殼體的振動方程。使用波動解法將時域殼體響應轉化至波數域中,結合振動方程分析求解了耦合智能壓電材料圓柱殼結構的諧響應。根據功率流的定義求取了壓電片輸入殼體的功率流,進而以輸入殼體的總功率流為控制目標函數,利用前面章節(jié)選取的控制方式及算法,進行了智能壓電材料主動控制圓柱殼結構振動功率流研究。討論了壓電片軸向、周向粘貼位置,以及殼體周向模態(tài)對控制效果的影響。
　　形狀記憶合金(SMA)材料的楊氏模量會隨著溫度的變化而產生較大幅度改變

5、,將SMA管段插入圓柱殼中后,可利用這一特性對圓柱殼結構中透射至SMA管段另外一側的傳播功率流進行主動控制。被控系統所受外擾激勵力為周向余弦線力,采用波動解法分析了SMA管段插入后,不連續(xù)截面處結構波的透射和反射情況。通過計算每支波攜帶的能量,討論了SMA插入管段對殼體結構振動功率流的主動控制作用。
　　文章最后對圓柱殼結構振動功率流主動控制進行了試驗研究。通過試驗測量獲得了圓柱殼結構在兩個激振器作用下的輸入功率流,經過對數據的分