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压电结构一体化振动控制

机械科学与技术 1998年第4期17卷 574-575,579页

作者：吕胜利吕国志西北工业大学

提出一种新的方法对压电结构进行一体化振动控制。压电结构由基体和多个压电层组成，选择某些压电层接入协调电路，把机械能转变为电能耗散，进行被动控制；同时，对某些压电层加负反馈控制进行主动控制，从而实现对压电结构进行一体化... 详细信息

提出一种新的方法对压电结构进行一体化振动控制。压电结构由基体和多个压电层组成，选择某些压电层接入协调电路，把机械能转变为电能耗散，进行被动控制；同时，对某些压电层加负反馈控制进行主动控制，从而实现对压电结构进行一体化控制的目的。

关键词：压电结构被动控制主动控制一体化振动控制

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压电结构的控制-结构一体化设计

南京航空航天大学学报 1999年第4期31卷 410-415页

作者：张俊华张方朱德懋李岳锋南京航空航天大学振动工程研究所南京210016

对于离散分布、同位配置压电片驱动器和传感器的压电耦合板，首先构造了四节点Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ矩形板弯单元，从而建立了有限元模型。在此基础上，给出了主动阻尼振动控制模型。将系统的存留能量指标归结为一个Ｌｙａｐｕｎｏｖ... 详细信息

对于离散分布、同位配置压电片驱动器和传感器的压电耦合板，首先构造了四节点Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ矩形板弯单元，从而建立了有限元模型。在此基础上，给出了主动阻尼振动控制模型。将系统的存留能量指标归结为一个Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程的解。以系统的存留能量指标为适应度函数，以作动器和传感器的位置及控制增益为优化参数，利用基于共享函数机制小生境技术的遗传算法进行结构、控制设计。最后，对一悬臂压电耦合板进行了实例分析。结果表明，该方法是解决控制结构一体化设计的一种有效途径，可以得到多个最优解或次优解。

关键词：振动控制遗传算法结构一体化设计压电结构

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压电结构作动/传感器配置优化

暨南大学学报（自然科学与医学版） 2005年第1期26卷 23-25页

作者：王锋唐国金李道奎国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

　提出了一种压电结构中作动/传感器优化配置的新方法.首先用有限元方法建立结构的动力学方程,并用模态方法进行降阶,然后通过Lyapunov方程分别求解扰动输入和作动器输入的能控性Grammian矩阵,通过使作动器输入的能控性矩阵向量在扰动... 详细信息

　提出了一种压电结构中作动/传感器优化配置的新方法.首先用有限元方法建立结构的动力学方程,并用模态方法进行降阶,然后通过Lyapunov方程分别求解扰动输入和作动器输入的能控性Grammian矩阵,通过使作动器输入的能控性矩阵向量在扰动能控性矩阵上投影长度的平方和最大值得到压电作动器的最优位置,同样的思想用于确定传感器的最优位置.

关键词：振动控制压电结构 Grammian矩阵配置优化

压电结构的分流及复合滑模振动控制设计与实现

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压电结构的分流及复合滑模振动控制设计与实现

作者：徐状扬州大学

学位级别：硕士

结构振动问题在各类现代工程中广泛的存在并严重影响着结构的性能,容易造成安全性、舒适性以及准确性等问题,所以如何有效的解决现代工程中结构的振动问题愈发迫切。压电结构是在不改变结构基体的基础上,将压电材料制成的压电作动器与... 详细信息

结构振动问题在各类现代工程中广泛的存在并严重影响着结构的性能,容易造成安全性、舒适性以及准确性等问题,所以如何有效的解决现代工程中结构的振动问题愈发迫切。压电结构是在不改变结构基体的基础上,将压电材料制成的压电作动器与传感器嵌入结构基体的一类智能结构。这类压电结构具有良好的机电耦合特性、重量轻以及刚度大等优点,而成为振动控制中研究较为广泛的结构之一。但是压电结构存在系统的模型不确定、高次谐波和外部激励等干扰问题,这些问题给结构振动控制带来了较大的挑战问题。因此如何在实际过程中寻找有效降低压电结构振动控制的控制方法成为目前研究人员研究的主要课题之一。本文考虑到压电结构的振动问题,基于分流控制技术与复合滑模抗干扰控制技术两类方法以提高压电结构的振动抑制性能,主要的研究工作和创新点如下:首先,结合压电本构方程和结构振动基本原理,建立相应的数学模型,为后续的方法设计和平台功能验证提供依据。并通过MATLAB仿真与激光测振仪实验完成对压电悬臂梁、固支板的模态分析,优化控制系统作动器、传感器的位置布置设计。其次,根据压电结构的数学模型,建立分流控制系统的理论模型。引入负阻抗技术设计改进分流控制技术,利用传递函数优化法优化系统参数选取。通过仿真软件初步验证其振动控制效果,并设计与搭建了基于STM32控制器的振动信号采集与分析系统以及基于NIDAQ的振动信号采集与分析系统两套实验验证平台,完成了改进压电分流控制技术与传统压电分流技术的实验比较,验证所改进的压电分流振动控制正确性与有效性。针对分流振动控制的有限性问题,考虑了振动主动控制方式,并引入滑模控制算法,为方便滑模振动控制的设计,将系统数学模型推导成基于误差的状态空间模型,并设计相应的滑模振动控制器,通过仿真与实验证明滑模振动控制的可行性与有效性。再次,针对压电固支板振动系统的模型误差、外界激励等干扰问题以及传统滑模控制过程中抖振问题,引入自抗扰控制算法,并利用其核心环节扩张状态观测器,用于估计与补偿系统总干扰,与滑模反馈控制器相结合,形成基于扩张状态观测器的复合滑模控制器处理压电固支板的振动问题,通过仿真与实验验证该复合控制策略的可行性与优越性。同时,考虑到实际控制中控制器的计算有限问题,将扩张状态观测器进行降阶处理,形成基于降阶扩张状态观测器的复合滑模控制器,并依据仿真和实验完成控制性能验证。最后,针对传统滑模控制的有限时间收敛问题和压电结构中存在的模态耦合问题,引入非奇异终端滑模控制解决有限时间收敛问题,并利用总干扰思想,通过扩张状态观测器估计与抵消这种模态之间的耦合影响,形成基于扩张状态观测器的非奇异终端复合滑模控制,独立的处理各个模态的振动控制。通过在多种激励情况下的振动控制实验验证,证明其控制的可行性与优越性。

关键词：振动主动控制压电结构分流控制扩张状态观测器复合滑模控制

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压电结构的主动控制仿真与实验研究

力学与实践 2008年第4期30卷 50-53页

作者：刘相秋王聪王威远邹振祝哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

结合有限元方法研究了直接负速度反馈和基于LQR(二次线性最优控制)的独立模态空间主动控制方法来控制结构的振动,采用一种新的仿真方法:PATRAN与MATLAB联合仿真,对这两种方法进行主动控制数值仿真.用MATLAB的xPC实时控制,进行了主动板... 详细信息

结合有限元方法研究了直接负速度反馈和基于LQR(二次线性最优控制)的独立模态空间主动控制方法来控制结构的振动,采用一种新的仿真方法:PATRAN与MATLAB联合仿真,对这两种方法进行主动控制数值仿真.用MATLAB的xPC实时控制,进行了主动板的振动控制实验,验证了采用上述控制仿真方法的正确性.各种结果表明用压电结构进行振动主动控制效果明显.

关键词：振动主动控制压电结构数值仿真振动控制实验

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杂交应力实壳单元对压电结构的非线性分析

中国科学：技术科学 2010年第2期40卷 113-120页

作者：姚林泉佘锦炎苏州大学数学科学学院苏州215006 香港大学机械工程系

给出8节点实壳单元对压电结构的几何非线性分析.为了克服剪切、梯形和厚度锁定,采用了假设自然应变方法,特别是修正广义层合刚度矩阵.由修正广义层合刚度矩阵得到的广义应力被单独假设,导出了推广的Hellinger-Reissner泛函,通过选择广... 详细信息

给出8节点实壳单元对压电结构的几何非线性分析.为了克服剪切、梯形和厚度锁定,采用了假设自然应变方法,特别是修正广义层合刚度矩阵.由修正广义层合刚度矩阵得到的广义应力被单独假设,导出了推广的Hellinger-Reissner泛函,通过选择广义应力假设实体单元的应力假设,导出了杂交应力实壳单元的表达式.非线性数值算例说明给出的单元模型对分析非线性压电结构的有效性.

关键词：压电结构实壳单元杂交应力几何非线性

非均质压电结构动力学问题的多尺度有限元法研究

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第12期37卷 155-162页

作者：李霄琳夏世显李新玥郭庆苑晓青高欣吉林大学建设工程学院长春130026

基于多尺度有限元法,通过构造位移多尺度基函数和电势多尺度基函数将细观非均质信息引入到宏观响应中,同时引入耦合附加项考虑各坐标方向位移场间的耦合作用。所构造的多尺度基函数可以直接高效地双向传递粗尺度与细尺度之间的信息,使... 详细信息

基于多尺度有限元法,通过构造位移多尺度基函数和电势多尺度基函数将细观非均质信息引入到宏观响应中,同时引入耦合附加项考虑各坐标方向位移场间的耦合作用。所构造的多尺度基函数可以直接高效地双向传递粗尺度与细尺度之间的信息,使问题在宏观尺度上求解,降低计算消耗。数值模拟结果表明,与传统有限元法相比,采用多尺度有限元法求解非均质压电结构的动力学问题,在保证计算精度的同时,还具有较高的计算效率,为非均质压电结构动力学问题的数值模拟提供了一种有效手段。

关键词：多尺度有限元法压电结构力电耦合基函数动力响应

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基于压电结构的振动能量采集研究

基于压电结构的振动能量采集研究

作者：朱文艳南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来随着科技的迅速发展,已存在多种可将环境中的各种能量转换成电能的能量采集技术。振动能在环境中无处不在,采集周围的振动能量,并将其转换为可利用的电能已经成为目前的工程研究领域中的一个热点。由于压电材料的各种优点,基于压... 详细信息

近年来随着科技的迅速发展,已存在多种可将环境中的各种能量转换成电能的能量采集技术。振动能在环境中无处不在,采集周围的振动能量,并将其转换为可利用的电能已经成为目前的工程研究领域中的一个热点。由于压电材料的各种优点,基于压电材料的能量采集技术具有很好的发展前景。本文首先通过学习压电效应及压电方程,得到了基于正压电效应的压电能量采集的理论基础,并分析了压电悬臂结构的理论特性,再通过ANSYS仿真分析了悬臂式压电振子的结构尺寸、材料性能以及厚度比等因素对其发电性能的影响规律,以得到合适的压电结构尺寸。文中以提高能量采集效率为目的设计了改进型能量采集电路,并使用ORCAD/PSPICE电路仿真软件分别对经典能量采集电路和改进型能量采集电路进行仿真,分析不同电路的能量采集效率。通过比较发现,较经典电路而言,文中设计的改进型能量采集电路的输出功率得到很大的提高。本文最后结合ANSYS仿真分析结果,利用压电材料、基板材料设计制作了双晶片压电振子。根据改进型能量采集电路原理图设计制作了PCB板,搭建实验平台,分别对经典电路和改进型能量采集电路进行实验,比较两种电路的采集效率,最后得出的实验结果与仿真结果基本吻合,且改进型能量采集电路的效率高于经典电路。

关键词：能量采集振动压电结构有限元分析电路设计

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压电结构有限元分析的动向

河海大学常州分校学报 2002年第4期16卷 17-22页

作者：王占军周建方河海大学机电工程学院江苏常州213022

回顾压电结构有限元建模及静动力分析情况 .首先简述了压电现象基本原理 ,推出了压电结构有限元方法的基本公式 ,然后介绍了国内外这方面的研究情况 ,包括各种三维单元、壳单元、板单元、梁单元。

关键词：压电结构有限元分析有限元基本方程有限单元压电材料耦合机电效应