Modeling and optimal vibration control of conical shell with piezoelectric actuators

In this paper numerical simulations of active vibration control for conical shell structure with dis-tributed piezoelectric actuators is presented.The dynamic equations of conical shell structure are derivedusing the finite element model (FEM) based on Mindlin's plate theory.The results of modal calculationswith FEM model are accurate enough for engineering applications in comparison with experiment results.The Electromechanical influence of distributed piezoelectric actuators is treated as a boundary conditionfor estimating the control force.The independent modal space control (IMSC) method is adopted and theoptimal linear quadratic state feedback control is implemented so that the best control performance withthe least control cost can be achieved.Optimal control effects are compared with controlled responses withother non-optimal control parameters.Numerical simulation results are given to demonstrate the effective-ness of the control scheme.

Random Vibration Control of Laminated Composite Plates with Piezoelectric Fiber Reinforced Composites

This paper presents an analysis of the active control of random vibration for lami- nated composite plates using piezoelectric fiber reinforced composites （PFRC）. With Hamilton＇s principle and the Rayleigh-Ritz method, the equation of motion for the resulting electromechani- cal coupling system is derived. A velocity feedback control rule is employed to obtain an effective active damping in the suppression of random vibration. The power spectral density and mean- square displacements of the random vibration for laminated plates under different control gains are simulated and the validity of the present control strategy is confirmed. The effect of piezoelec- tric fiber orientation in the PFRC layer on the random vibration suppression is also investigated. The analytical methodology can be expanded to other kinds of random vibration.

基于压电驱动的圆柱壳内振源振动传递控制

针对圆柱壳内振源振动通过环形支承向壳体传递的问题,提出一种基于压电作动器的主被动支承隔振方案,并通过振源-主被动支承-壳体耦合系统进行振动控制分析。根据Flugge壳理论,采用波传播法建立圆柱壳体振动模型,同时采用有限元方法建立振源及主被动支承的振动模型,最终使用子结构频响函数综合获得耦合系统振动模型。基于耦合系统模型和理想控制假设,在频域给出壳体振动可控性,并通过振源-主被动支承-壳体试验系统验证控制的有效性。仿真与试验结果表明,基于压电作动器的主被动隔振方案能显著降低壳体的宽带和线谱振动。

风洞模型主动抑振器的设计与实验

研究了风洞模型主动振动的抑制原理,并结合叠堆式压电陶瓷作动器的压电效应设计了一套并联式主动抑振器。首先,针对模型支杆系统及其动力学特征,分析了支杆抑振原理,提出了一种基于叠堆式压电陶瓷作动器的风洞模型抑振器。然后,构建了抑振器实时控制系统,针对其驱动位移滞后的特点,研究了基于PD调节器的控制方法。最后,搭建了地面实验平台,利用锤击法和激振法对抑振器进行了地面实验。实验结果表明:抑振器具有提高支杆系统阻尼的能力,对风洞模型在俯仰和偏航两个方向上的抑振效果明显,特别是俯仰方向上,抑制器工作后系统阻尼比可由0.009提高到0.092,抑振后剩余振幅比例约为25%。试验结果验证了该风洞模型主动抑振器的可行性与有效性。

基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制

随着现代飞机液压系统向高压、大功率方向发展,周期性流体脉动更容易在液压能源系统中产生流固耦合振动,导致液压管路疲劳破坏。针对被动式流体脉动抑制方法不具备自适应性、对低频脉动抑制效果差等缺点,提出了基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制方法,即在与能源主管路连通的分叉管路上安装压电陶瓷驱动伺服阀主动消振器,通过主动消振器的溢流产生次级脉动波与主管路中原有压力波相互抵消,使管路中流体脉动减小。并针对流体脉动周期性特点,提出一种在线频率估计的自适应前馈控制方法,利用参考传感器测量泵源脉动信号,在线获取脉动频率,并以此频率构造控制器的参考输入信号,实现对流体脉动的主动控制。为验证所提方法的有效性,设计了主动消振实验平台。实验结果表明,所提出的脉动主动控制方法具备很强的自适应性,能对流体脉动进行很好的抑制。

压电复合材料薄壳结构振动主动控制

对表面粘贴压电元件的复合材料薄壳结构的应变驱动原理、振动控制方程进行了分析。建立了自适应控制系统，对粘贴了压电材料的玻纤／环氧圆柱壳的振动进行了主动控制实验。结果表明，压电自适应壳结构能对薄壳的振动进行有效抑制，同时使壳体噪声辐射得到显著衰减。

压电作动器用于振动主动控制技术的研究

从理论和实验两方面分析了利用压电作动器进行柔性结构振动主动控制的机理，从能量的角度对施加控制时悬臂梁自由衰减振动的阻尼比进行了理论计算，得出了主动阻尼比与反馈增益之间的关系。建立相应的实验系统。

采用压电机敏元件进行结构振动控制Ⅲ:控制系统设计与实验研究

采用作者在上篇导出的压电耦合体动力学模型，给出了压电主动阻尼控制系统的设计方法；导出了压电耦合梁系统的作动方程和检测方程的显式表达式。以此为基础，以简单梁为对象，对压电检测器和作动器的性能、粘结层的影响、压电主动阻尼控制及压电主。

轿车车身板件振动自适应主动控制研究与实验

对采用压电陶瓷进行轿车车身板件振动自适应主动控制技术进行了研究和探索 ,利用LMS自适应滤波方法建立了控制系统的数学模型 ,并采用基于前馈控制的自适应主动控制算法对轿车的顶板振动进行了主动控制试验 。

基于形状的复合材料层合板振动主动控制研究

根据 Hamilton原理 ,建立了覆盖压电传感器 /激振器的复合材料层合板的运动方程 ,并借助于压电方程、层合板理论得到了压电传感器、激振器的输出与输入方程。根据压电片随机布置产生的控制效果来确定最优整体压电片的形状。最后给出了计算实例 ,结果表明把压电片布置在靠近固定端和沿轴向布片为最优位置 。

利用压电元件的空间挠性结构振动主动控制研究

挠性结构是一种典型的空间结构形式，这种结构有模态频率低、模态密集和阻尼小的特点，在外界扰动下易引起振动，对航天器的定位精度和精密仪器的正常工作造成影响，但传统的被动振动控制方法难以奏效。基于压电元件的振动主动控制是最有潜力的一种振动抑制方法。本文模拟空间结构制作一挠性梁，通过实验分析和压电传感器／驱动器布置位置和数量的优化设计，采用独立模态方法对梁的振动进行控制，取得了良好的抑振效果。

基于压电陶瓷的轿车车身振动主动控制研究

基于目前汽车车内噪声控制标准和舒适性要求的提升,运用国内外在振动主动控制方面的研究成果,结合轿车车身自身的特点,利用压电陶瓷对轿车车身振动进行主动控制的研究。在对压电理论进行研究的基础上,设计了相应的控制系统,编写了振动采集控制程序,搭建了实验平台,并对某轿车车身进行了振动主动控制试验。试验结果表明,这种控制方法对轿车车身振动的控制是可行和有效的。

神经网络在弹性连杆机构振动主动控制中的应用

首次将神经网络理论应用于弹性连杆机构的振动主动控制 ,设计、建造了具有压电陶瓷作动器与电阻应变计传感器的弹性连杆机构实验装置及其振动控制系统。根据实验数据离线设计了动态递归神经网络控制器 ,并采用基于神经网络的直接自校正控制策略对弹性连杆机构实施了在线控制。控制后 ,弹性构件输出点的应变峰值降低了 5 0 %左右 。

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。

旋转柔性梁的振动控制仿真及实验探讨

在综合比较已有文献所建立的刚体 柔性附件耦合系统动力学模型的基础上 ,以微元法为根据提出对旋转柔性梁运动方程中各项的理解 ,澄清了某些文献中模糊的认识。利用位置正反馈控制律 ,对旋转耦合系统中柔性梁的振动控制进行了数值仿真。并进一步利用压电陶瓷作为传感器和致动器 ,从实验上探讨旋转柔性梁的振动控制并给出了初步的实验结果及分析。

压电复合材料结构模糊自适应前馈振动控制

针对压电复合材料结构前馈主动控制中存在的某些非线性问题 ,本文提出一种模糊自适应前馈主动控制方法 ,解决一类参考信号与外扰呈非线性函数关系的主动控制问题。数值仿真结果表明 ,该非线性模糊自适应控制方法优于线性滤波 - x L

压电元件在机翼振动控制上的应用研究

针对机翼振动响应较大问题,通过仿真模拟预测和机上地面试验验证相结合的方式,研究并验证LMS控制律方法在真实机翼上实现振动主动控制技术的可行性。仿真模拟中,采用Patran进行结构建模和压电力等效,通过matlab的Simulink模块搭建控制仿真模型;机上地面试验中,设计了以压电纤维复合材料作为控制器,激振台作为激振器的地面试验方案。结果表明,通过优化参数,LMS控制律方法在仿真模拟和地面试验中均较好地抑制了振动响应,从而在机翼上实现主动控制技术。

两种方法在机翼振动主动控制中的应用研究

针对机翼振动响应较大问题,研究了PID和LMS两种控制律方法在真实机翼上实现振动主动控制技术的可行性。仿真模拟实验中,采用Patran进行结构建模和压电力等效,通过Matlab的Simulink模块搭建控制仿真模型;机上地面实验中,设计了以压电纤维复合材料作为控制器,激振台作为激振器的地面试验方案。结果表明,通过优化参数,PID和LMS两种控制律方法在仿真模拟和地面试验中均较好地抑制了振动响应,从而在机翼上实现主动控制技术,同时LMS方法比PID方法的控制效果更佳。

压电陶瓷在结构振动及声辐射有源控制中的新应用

介绍了压电陶瓷的新应用──作为有源振动、噪声控制中的执行元件和传感器，并讨论了对该材料的性能要求、参数选择以及应用实例。

压电复合材料层合梁非线性模糊滤波振动控制

在振动主动前馈控制中通常采用的自适应滤波 XLMS算法只限定于线性主动控制问题。由于在振动主动控制中各种非线性因素的存在 ,使得非线性控制方法成为必需。本文利用模糊逻辑系统能够逼近任何非线性系统的特性 ,提出了一种非线性模糊滤波振动控制方法 ,解决了由于传感通道的非线性使得参考信号与外扰间呈非线性函数关系的主动控制问题。针对具有压电作动器的复合材料层合梁进行了振动主动控制的数值仿真计算 ,结果表明该非线性模糊自适应控制方法优于线性滤波 XLMS方法。