基于AFCA的铁路桥梁光致伸缩驱动器半主动控制

为解决隔震桥梁在震后的梁体及支座位移过大的问题,采用光致伸缩驱动器(PA)为控制设备,基于Lyapunov稳定性理论设计了自适应模糊控制算法(AFCA),结合限幅最优控制算法(COCA)编制了符合PA的AFCA/COCA半主动控制算法的Matlab程序,利用程序对未隔震和LRB隔震桥梁分别进行了半主动、主动控制分析.分析结果表明:AFCA/COCA的半主动控制策略及AFCA主动控制策略均能有效抑制未隔震和隔震桥梁的地震响应;均可有效解决隔震桥梁的梁体及支座位移过大的问题;其控制力曲线非常吻合,所施加于PA的上(左)、下(右)表面的控制光照强度均在容许范围内.

PLZT光致伸缩层合梁的非接触形状控制

以光电层合梁非接触形状控制问题为研究对象,阐述了PLZT光致伸缩驱动器的工作机理,建立了光-电-力-热耦合情况下的光电有限元模型,通过引入加强假定应变模式和假定自然应变法改善了单元的性能。在此基础上,以光致伸缩驱动器所受到的光强大小为设计变量,以光电层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为目标函数,应用有限元法和遗传算法建立了求解基于PLZT光致伸缩驱动器层合梁非接触形状控制问题的一般方法。数值模拟的结果验证了该方法有效,表明该方法能够很好地实现光电层合梁结构的非接触形状控制。

PLZT 陶瓷的光致电压效应和光致伸缩效应研究

介绍了一种光控伺服系统中应用的新型光机转换器件。由于极化后的ＰＬＺＴ陶瓷片具有光致伸缩效应，所以，根据光信号来控制ＰＬＺＴ陶瓷片的伸缩量，实现光控伺服系统，从而完全消除了传统电伺服系统中的电磁干扰。实验表明，ＰＬＺＴ陶瓷片在不同光谱、光强照射下，ＰＬＺＴ陶瓷片呈现出很强的光电效应。光电效应包括热释电效应和光伏效应，同时具有光致伸缩效应，光电压与照射光强度成比例关系，光致伸缩量与光电压成线性关系，所以，可根据光的强度来控制ＰＬＺＴ陶瓷片的伸缩量，完全有可能应用于光控伺服系统。

PLZT陶瓷在多能场耦合下的光致伸缩效应

为了消除高能光束照射下镧改性锆钛酸铅(PLZT)陶瓷的光致形变与光生电压之间的迟滞现象,建立了一种多能场耦合下的新型光致伸缩本构方程,实验研究了影响该迟滞现象的各种因素。首先,对光照作用下光-电-热-力多能场耦合作用进行理论分析,建立了光致伸缩效应的本构关系;然后,对反常光生伏特效应、光焦热效应、热释电效应、热膨胀效应以及压电效应进行理论推导,得到了新型的光致伸缩本构方程;最后,通过温度屏蔽实验和光致伸缩静态实验验证了提出的本构方程。实验表明:PLZT陶瓷表面的温升是造成迟滞现象的主要原因;实验曲线变化趋势与理论结果一致,显示理论模型合理;消除温度影响后,实验所用PLZT样品的光致形变达到饱和所用的时间约为10s。结果表明,降低PLZT陶瓷表面的温升能有效消除迟滞现象,提高光致形变响应速度;建立的光致伸缩本构方程为PLZT陶瓷驱动控制研究提供了理论基础。

PLZT陶瓷在多能场耦合下的光致伸缩效应本构模型

针对镧改性锆钛酸铅(PLZT)陶瓷光致形变与光生电压之间的迟滞现象,为提高其光致形变响应速度,提出了一种新型的多能场耦合下光致伸缩效应本构模型.对多能场耦合下反常光生伏特效应、热释电效应、压电效应以及热膨胀效应等之间的耦合关系进行理论分析,推导出多能场耦合下光致伸缩数学模型;通过光致伸缩静态实验及参数拟合分别验证了PLZT陶瓷温度、电压和形变的数学模型;对所建立的光致伸缩数学模型进行理论分析得到,光照时PLZT陶瓷的温度升高是影响光致形变响应速度和光致形变与光生电压之间的迟滞现象的主要原因.该新型光致伸缩效应本构模型为消除PLZT陶瓷的迟滞现象,提高光致形变响应速度提供了理论依据,推动了PLZT陶瓷在微驱动领域的应用.

光纤对正用光控驱动器的驱动性能研究

针对光纤对正用电磁类驱动器存在的电磁干扰问题,在分析镧改性锆钛酸铅(PLZT)陶瓷反常光生伏特效应、热释电效应、热膨胀效应以及压电效应耦合机理的基础上,推导了光照阶段PLZT陶瓷多能场耦合的光致形变公式,构建了PLZT陶瓷层合悬臂梁式光控驱动器在光照条件下的挠度输出数学模型,对光控驱动器的驱动位移进行了仿真分析。结果表明:光控驱动器的驱动位移和响应速度随着光照强度的增大而增大,且逐渐达到一个饱和值;在光照强度为200 mW·cm^(-2)条件下,光纤对正用光控驱动器的最大输出位移可达226.7μm。

PLZT陶瓷的光伏效应研究

本文介绍了一种可应用于光控伺服系统的新型光－机转换器件ＰＬＺＴ陶瓷片，由于极化后的ＰＬＺＴ陶瓷片具有光致伸缩效应，由此可根据光信号来控制ＰＬＺＴ陶瓷片的伸缩量。实验表明，ＰＬＺＴ陶瓷片在一定紫外光照射下，ＰＬＺＴ陶瓷片呈现出很强光致伸缩效应，由于伸缩量与光电压成线性关系，所以，测量出ＰＬＺＴ光电压与照射光强度的关系。

简支板振动无线主动控制及驱动器优化布置研究

推导光电层合简支板结构动力学方程及模态控制方程,以规格化后模态控制力指数作为遗传算法的适应度函数,基于二进制编码的遗传算法对用于简支板振动控制的单对、双对光致伸缩驱动器布局进行优化,计算机仿真结果表明优化后的驱动器布局方案可有效提高板结构振动控制的有效性。在此基础上进一步对板结构多模态振动控制进行探讨,提出适用于板结构多模态振动控制的驱动器布局优化方法及振动控制方案,仿真算例表明该方法可有效地对简支板前二阶模态进行振动无线控制。

光控伺服系统建立、建模与仿真

介绍了一种具有抗电磁干扰,信息传输快的光控伺服系统的组成,并详细阐述了此系统关键组成部分——光伺服阀中光驱动器所应用的光致伸缩陶瓷材料(PLZT)的应用原理以及其在阀中具体的实用结构。对光控伺服系统的各个环节进行系统级的建模与仿真分析,讨论其抗电磁干扰能力,比较不同控制方式PLZT光执行机构精度的影响。探讨了光控伺服系统,尤其是光伺服阀光驱动器的实用性以及其有待解决的问题。

光电层合简支板的多模态最优模糊主动振动控制

以配置两对光致伸缩驱动器的简支板为控制对象,提出了最优控制与模糊控制相结合的最优模糊主动控制算法。考虑到光致伸缩驱动器的非线性驱动特性,首先由最优控制获得光电层合简支板多模态振动的期望控制量,再通过模糊控制器使光致伸缩驱动器光致应变逼近该控制量,从而实现对简支板的多模态振动控制。在最优模糊控制器设计过程中,模糊控制的设计与最优控制设计是相互独立的。仿真结果表明,最优模糊控制能够有效实现光电层合简支板的多模态振动抑制,控制效果明显优于直接最优状态反馈控制。

光电层合圆柱薄壳的自组织模糊主动振动控制

针对当前的光致伸缩驱动器构型在壳类结构的振动抑制中不能产生负膜力的问题,提出了一种新型的多片组合驱动器构型。并将该构型层合在圆柱薄壳结构的上下表面,建立了光电层合圆柱壳独立模态振动控制方程。考虑到光致伸缩驱动器的非线性和时变驱动特性,以及模型的不确定性,设计了基于性能函数负梯度调节的规则自组织模糊主动控制器,克服了常规模糊控制器控制规则设计的困难;为了验证上述提出的控制策略的有效性,进行了数值仿真;仿真结果表明提出的自组织模糊控制器取得了理想的振动控制性能,实现了柔性薄壳结构的非接触主动振动控制。

基于递阶遗传算法的结构非接触形状控制

以PLZT光致伸缩层合梁非接触形状控制问题为研究对象,提出了一种结合结构拓扑优化与递阶遗传算法的控制方法.该方法以PLZT光致伸缩驱动器的拓扑分布和照射的光强值为设计变量,以PLZT光致伸缩层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为适应度函数,应用结构拓扑优化、递阶遗传算法和有限元法,优化了PLZT光致伸缩驱动器的分布和所照射的光强值.与基于传统遗传算法的形状控制方法的计算结果进行了对比分析,该方法的进化速度提高了91%以上,所控制的结构形状与期望形状的误差较传统遗传算法降低了76%以上.