新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)及其在整星隔振中的應(yīng)用.pdf

1、壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)很好地結(jié)合了振動主動控制和振動被動控制各自的優(yōu)點，是一種非常有效的主被動混合振動控制技術(shù)。而且，由于壓電材料兼具正、逆壓電效應(yīng)，使得壓電約束層不僅能夠與反饋控制系統(tǒng)相連構(gòu)成壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)，還可以與分流電路相連構(gòu)成壓電被動約束層阻尼結(jié)構(gòu)。
　　但是在以往的研究中，壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)和壓電被動約束層阻尼結(jié)構(gòu)是兩個相對獨立的研究對象。換句話說，研究者或者對壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)進行研究，或者對壓電被動約

2、束層阻尼結(jié)構(gòu)進行研究。
　　因此，深入系統(tǒng)地研究壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)的振動控制機理，結(jié)合壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)和壓電被動約束層阻尼結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點進一步發(fā)展新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上大膽探索這類新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)在整星隔振中的應(yīng)用前景，將對我國航天工業(yè)的發(fā)展起到積極的助推作用。
　　有鑒于此，本文在國防科技工業(yè)預研項目的支持下，對新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)及其在整星隔振中的應(yīng)用作了深入、系統(tǒng)的研究。本文主要研究了以下幾個

3、方面的內(nèi)容：
　　首先對主被動混合壓電網(wǎng)絡(luò)進行了系統(tǒng)的研究，不僅證明了主被動混合壓電網(wǎng)絡(luò)具有比純主動控制更好的振動控制性能和更高的可靠性，還對主被動混合壓電網(wǎng)絡(luò)中的RL分流電路進行了優(yōu)化。更主要的是，全面揭示了RL分流電路在主被動混合壓電網(wǎng)絡(luò)中的作用，從而為后面研究新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。
　　其次結(jié)合壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)和壓電被動約束層阻尼結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點，設(shè)計并研究了兩種新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)，即混合 APPN

4、/PCLD結(jié)構(gòu)和混合APPN/PSOLD結(jié)構(gòu)。利用Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法建立了兩種新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)的動力學模型，并對其進行了開環(huán)和閉環(huán)特性分析。通過與主被動混合壓電網(wǎng)絡(luò)以及傳統(tǒng)壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)進行比較發(fā)現(xiàn)，混合APPN/PCLD結(jié)構(gòu)和混合APPN/PSOLD結(jié)構(gòu)均具有比前兩者更好的振動控制性能。在此基礎(chǔ)上，利用minmax法對新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)中的RL分流電路進行了參數(shù)優(yōu)化。
　　隨后研

5、究了新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)的魯棒控制問題。針對控制系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題(系統(tǒng)魯棒性的問題、系統(tǒng)響應(yīng)速度和阻尼程度之間存在矛盾的問題)，結(jié)合組合非線性反饋控制和滑模控制各自的優(yōu)點，提出一種組合非線性反饋滑?？刂?。通過與傳統(tǒng)滑?？刂七M行比較發(fā)現(xiàn)，組合非線性反饋滑?？刂撇粌H能夠有效地改善系統(tǒng)響應(yīng)速度和阻尼程度之間存在的矛盾，而且對參數(shù)攝動也具有比傳統(tǒng)滑模控制更好的魯棒性。進而利用組合非線性反饋滑?？刂茷橐活惼ヅ洳淮_定系統(tǒng)和一類非匹配不確定系統(tǒng)

6、設(shè)計了魯棒控制器，使組合非線性反饋滑?？刂频倪m用范圍進一步擴大。在此基礎(chǔ)上，利用組合非線性反饋滑?？刂圃O(shè)計魯棒控制器，對新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)進行實驗研究。
　　在利用組合非線性反饋滑模控制對新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)進行實驗研究時，考慮到利用機理分析法獲得的數(shù)學模型無法對實際結(jié)構(gòu)進行準確地描述，而且實際結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變量又大多不可測，所以本文通過特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法來建立實際結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間表達式，并為組合非線性反饋滑?？刂圃O(shè)計了狀態(tài)觀測器。

7、在此基礎(chǔ)上，以懸臂梁作為實際被控對象，利用特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法和帶狀態(tài)觀測器的組合非線性反饋滑?？刂仆瓿闪藢π滦蛪弘娂s束層阻尼懸臂梁結(jié)構(gòu)的實驗研究。實驗結(jié)果表明，新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)具有比純主動控制和傳統(tǒng)壓電主動約束層阻尼結(jié)構(gòu)更好的振動控制性能。
　　最后研究了基于新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)的整星隔振。通過對星箭系統(tǒng)進行適當?shù)暮喕?，確定了新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)在星箭系統(tǒng)中的安放位置以及結(jié)構(gòu)形式。隨后利用Hamilton原理和Raylei