庞俊恒[1]2004年在《基于压电元件的振动被动控制技术研究》文中指出本文研究了利用压电元件的压电效应，对结构的振动进行被动控制的方法。相对于主动控制技术而言，被动控制技术具有结构简单、成本低的特点。文中主要讨论了压电片的特性和RL谐振电路方法，并将该方法用于结构的单模态及多模态振动的控制，用模拟电感技术解决了所需电感值太大的问题，用极点配置技术优化了电路参数；并初步探讨了同步开关减振方法。通过大量的实验，用悬臂梁结构对这两种方法进行了验证，得出比较丰富的实验数据，达到了较好的减振效果。通过对两种方法的对比，总结出了它们各自的优缺点。
程军[2]2010年在《压电智能结构的减振技术研究》文中指出压电材料作为一种智能材料,以其良好的机电耦合特性,在结构振动控制领域具有广泛的应用。目前基于压电元件的振动控制方法有被动、主动以及半主动叁种。本文主要针对叁种方法中存在的问题,提出了一些新方法,以提高各种方法的控制效果和鲁棒性。论文引入了负电容压电阻尼分流电路,负电容在电路中可以增大系统的机电耦合系数,且减振效果与结构共振频率无关,不易受外界环境的影响。文中分析了压电材料刚度比和材料损耗因子随无量纲频率的变化特性,并对分支电路中电阻和负电容值选取进行了优化计算,实验表明合理选取负电容分支电路的结构形式和电路参数可以在较宽的频带内取得理想的振动控制效果。在负电容被动控制研究的基础上,论文还提出了一种带有负电容的新型半主动SSD控制技术,该方法能很好地克服传统半主动控制效果依赖于电感品质因子的缺点,只需合理选择负电容,就可显着增强控制效果。文中建立了压电智能结构的质量弹簧阻尼系统模型;阐明了负电容同步开关减振技术原理;并通过仿真和实验对该方法进行了验证。仿真和实验结果均表明该方法比传统半主动方法具有更好的控制效果。除了上述的两方面内容,论文最后介绍了一种采用神经网络分离出压电自感知执行器传感信号的新方法。传统的自感知电桥电路由于外界环境因素的影响,桥路很难调平衡,分离效果不好。文中用神经网络直接估算结构的振动速度来得到振动控制时控制器的反馈信号,并采用基于Filter-X LMS算法的自适应滤波控制器,成功的实现了悬臂梁的振动主动控制。
马小陆[3]2012年在《基于负电容压电分流阻尼电路的主—被动混合振动控制研究》文中进行了进一步梳理负电容控制器是用一个负的容抗来抵消压电片容抗，因此控制效果与频率无关，不易受外界环境干扰，只用一个压电片就能控制多阶模态，这给实际工程应用带来了极大的方便。主-被动混合控制综合利用被动控制和主动控制的一种新型控制策略，真正实现了主、被动振动控制一体化的思想，它是利用被动控制技术与主动控制技术相结合，将主动控制子系统和被动阻尼子系统集成在同一系统中,从而可以使主动和被动控制的效应相互补充。本文对负电容压电分流阻尼系统中负电容电路参数对系统的稳定性和振动幅值的影响进行研究，对其存在的问题提出二种主-被动混合控制方法，弥补当前负电容压电阻尼方法在振动控制应用中的不足。并从实际应用的角度出发，对提出的主-被动混合控制方法进行了深入研究，提出了基于负电容压电分流阻尼电路和小波变换自适应算法的主-被动混合控制方法，提高了系统的自适应能力。为了能使负电容电路更好的应用，对提出的主-被动混合控制方法进行了更进一步深入研究，从电荷等效的角度，重新设计了负电容等效电路，提出了基于压控电荷源和小波变换自适应算法的主-被动混合控制方法。论文的主要工作和创新性成果如下：(1)从压电材料的特性角度，建立了压电分流阻尼模型，描述了基于负电容压电分流阻尼被动振动控制原理，并分析了负电容分流电路参数的变化对系统阻尼的影响。(2)在负电容压电分流阻尼被动振动控制系统中，负电容的作用是用来抵消压电片的容抗，理论上负电容绝对值的大小越接近于压电片的容抗时，控制效果越好，但在实验中发现，当负电容绝对值大于且接近于或小于压电片的容抗时，系统将不稳定。针对这个问题，本文利用反馈控制原理分析了基于负电容压电分流阻尼控制系统的稳定性，并和基于电感压电分流阻尼振动控制系统进行了比较。为了提高基于负电容压电分流阻尼被动振动控制系统的稳定性，提出了一种主-被动混合控制方法，并对其进行了理论证明和实验验证。(3)推导了基于负电容压电分流阻尼振动控制系统的振动幅值和负电容电路参数的关系，为了更好地优化负电容电路参数，提出了一种主-被动混合控制方法，该方法将负电容电路参数调节问题转化到主动控制算法中，在本文中，阐述了主-被动控制方法的控制原理，并对其进行了理论证明和实验验证。(4)针对LMS算法在基于压电元件的主动振动控制中，存在收敛速度慢，甚至出现发散的问题。本文把小波分析理论和LMS算法结合起来，采用了小波变换域LMS算法对薄板进行自适应主动振动控制，并采用了MALLAT快速算法，提高了小波变换域LMS算法的实时性。最后对该方法进行了理论仿真和实验验证。(5)从实际应用角度出发，对基于负电容压电分流阻尼电路的主-被动混合振动控制进行了深入研究。结合小波变换域LMS主动控制算法，提出了一种基于负电容压电分流阻尼电路和小波变换自适应算法的主-被动混合控制新方法，这种方法能很好解决前面所提的主-被动混合控制方法中存在的主动控制器的参数需要手动调节问题。在本文中，根据哈密顿原理推导了这种主-被动混合控制的数学模型，并分析了被动控制效果和主动控制电压与负电容参数之间的关系，最后通过仿真和实验验证了所提出的主-被动混合控制方法的有效性。(6)对基于负电容压电分流阻尼电路的主-被动混合振动控制进行了更进一步深入研究。从电荷等效的角度，重新设计了负电容等效电路，该负电容等效电路是一个压控电荷源电路，其输出是电荷，用于抵消压电片上的电荷，输入是控制电压，为了能使该负电容等效电路更好的应用，结合小波变换域LMS主动控制算法，提出一种基于压控电荷源电路和小波变换自适应算法的主-被动混合控制新方法。本文首先根据压电元件等效电路、负电容电路的特点，设计了等效负电容的压控电荷源的电路，接着介绍了主-被动混合控制原理，最后基于dSPACE实时仿真系统，对四面固支的压电铝镁合金薄板结构进行了正弦信号激励下的单/多模态和白噪声信号激励下的振动控制实验研究，实验结果证明了提出的方法的可行性和优越性。
季宏丽[4]2007年在《智能结构的自感知主动振动控制以及半主动振动控制的研究》文中认为压电材料有其良好的机电耦合特性,是一种新型的功能材料,尤其在振动控制等方面有突出显着的优势,因此用压电材料实现振动控制已成为一个研究热点。其中振动控制方法的选择对控制效果起着决定性的作用。本课题主要对悬臂铝板和悬臂复合梁分别用主动和半主动两种不同的控制方法进行振动控制,从而比较两种控制方法的优异性。在本文第叁章中,采用一种不需要外加传感器的自感知振动主动控制方法对铝板进行振动控制。在该控制系统中,用同一片压电片同时作为传感器和执行器,基于RC电桥将应变信号从执行器控制电压中分离出来,制成了压电式自感知执行器,实现了真正意义上的功能集成,减小了压电元件的数目。提出了多种验证桥路平衡的方法,有效地提取了自感信号。此外,本文中采用了基于Filter-X LMS算法的自适应滤波控制器,对悬臂铝板的振动进行了主动控制。在实验中,用电涡流位移传感器来验证此控制方法的效果,但是它的输出不用于反馈控制中。实验结果表明,采用自感知振动主动控制方法成功的控制了铝板的振动。在本文第四章中,采用了一种基于非线性同步开关阻尼技术(SSD)的振动半主动控制方法对复合梁进行振动控制。在该控制系统中,仅用简单电子元器件,通过合适的开关控制技术,构成LC振荡回路,有效地对悬臂复合梁进行振动半主动控制。此方法不但克服了主动控制方法中需要复杂的信号处理系统和庞大的能量供给系统的缺点,而且避免了被动控制方法中电感和电阻参数对环境变化适应能力差等不足。此外,基于同步开关阻尼技术原理,本文采用了叁种不同振动半主动控制方法,分别为SSDI/classical SSDV/enhanced SSDV技术,并详细推导了具体的阻尼公式,搭建了悬臂复合梁振动半主动实验平台,对理论分析结果进行了验证。
袁军锋[5]2014年在《捷联惯导系统振动控制技术研究》文中提出随着现代国防建设，对于精确打击、精确导航等技术提出了越来越高的要求。捷联式惯性导航系统以其结构简单、量小质轻、精度高等特点，被广泛应用于导弹制导、陆地车载导航等领域。由于实际的运用环境复杂多变，捷联惯导系统的导航精度受环境振动因素影响较大，因此对其进行振动控制就显的尤为重要。本文查阅分析了国内外大量相关技术文献，对目前受关注较高的被动隔振技术与振动主动控制技术进行了研究。在了解捷联惯导系统的振动特性基础，运用两种技术对其进行了减振的理论分析，有限元仿真以及实验研究，最终不同的振动控制技术都能够达到相应的减振效果，并且主动控制技术减振效果较好，具有广泛的适用性和结构融合性。首先分析了捷联惯导组件在实际运用环境中的振动特性，根据简化分析得到的被动隔振系统的单自由度刚体弹性支撑系统模型，建立了捷联惯组被动隔振的六自由度等效模型，并对模型进行动力学分析，建立了动力学微分方程；基于被动隔振分析，建立了主动隔振系统模型，并进行了动力学分析；运用Hamilton原理建立了捷联惯组粘贴式压电作动器振动主动控制系统的有限元模型，并应用模态截断法对有限元模型进行了降阶处理，运用D优化准则对主动控制中压电传感器和作动器的优化配置进行了分析。其次，运用ANSYS软件对捷联惯导系统的安装组件进行了结构动力学仿真分析，得到了前四阶振型，针对捷联惯导系统的实际应用环境分别对被动隔振、主动隔振以及粘贴式压电作动器振动主动控制技术进行了正弦和瞬态加载的仿真分析，经过分析不同的控制技术都达到了相应的减振效果，且主动控制技术的减振效果较好，并对主动隔振技术和粘贴式压电作动器振动主动控制技术中压电作动器的优化配置进行了仿真分析。最后，进行了实验验证。先对捷联惯导系统安装组件进行了谐振搜索，找到了其谐振频率，与仿真的结果基本一致。搭建了基于捷联惯导系统安装组件的被动隔振系统，进行了正弦扫频和随机振动实验，测得抑振效果与仿真结果一致。搭建了捷联惯导系统主动控制系统。经过实验验证，实验结果与仿真结果基本吻合，说明仿真结果具有较高的正确性和参考价值。
曹景军[6]2016年在《压电智能结构振动半主动控制研究》文中指出随着现代工业的快速发展,对轻薄柔性材料的应用越来越广泛,轻薄柔性材料的引入显着增加了结构体的弹性,弹性的增加必将导致结构易发生振动,久而久之会对结构的性能产生破坏作用。如何行之有效地抑制振动已成为结构控制领域的一大热点。随着控制技术的日益完善,应用压电智能材料开展振动半主动研究已成为振动抑制的新趋势。压电材料具备正逆压电效应,既可作为传感器,亦可作为驱动元件参与到控制系统中。半主动控制的最大优势在于仅需要较小的功耗就可以间接增大系统的阻尼(或刚度),实现振动控制,并且不需要多通道功率放大装置。鉴于压电材料的上述优点,本文系统开展了低功耗压电半主动控制技术的研究,其研究内容如下:(1)系统开展同步开关阻尼技术的研究,对比了自供能SSDI(同步开关电感阻尼)技术,(同步开关负电容阻尼)技术和采用速度检测的SSDI技术,并开展了压电悬臂梁抑振验证实验研究,取得了良好的控制效果。最后,依据实验结果,详细分析了影响叁种半主动控制电路抑制效果的主要因素。(2)结合PWM(脉宽调制)技术,提出了一种全新的压电半主动控制方法,解决了困扰原有压电半主动控制的数项难题。如策略过于简单,无法使用成熟控制理论;仅依靠翻转电压产生控制力,效果有限等弱点。新方法沿袭了半主动控制的开关控制思想,但在控制系统中引入了PWM技术和反馈控制,不仅能够应用更加灵活的控制策略,还避免了功率放大器等大功率器件的使用。论文分别结合PID控制策略和LMS自适应滤波控制策略,研究了PWM半主动控制系统硬件、算法实现,并结合验证实验,对比了速度反馈(阻尼控制)与位移反馈(刚度控制)的实际效果。(3)开展了基于压电材料的能量采集研究,针对非线性能量采集装置中高低能量轨道并存的现象,为增大输出功率设计了能量跃迁激励电路。该电路可激发处于低能量轨道的振子,使其跃迁到高能量状态,实现大幅度谐振。
张葆[7]2003年在《动载体成像振动主动控制技术的研究》文中认为近年来随着现代军事技术发展的需要,侦察情报在战争中的地位愈显突出。由于固定站的侦察视野受光学系统的视场角的限制,所获得的侦察信息相对较少。为弥补固定站的不足,把侦察系统安放在移动站(地面车辆、飞机、卫星等动载体)上,这样可以扩大光学系统的动态视场和增加收容信息,但是,随之而来的是动载体振动对光学系统成像质量的威胁和影响。在其它相关技术相对成熟的情况下,航空成像的质量主要取决于对航空成像载体振动扰动的控制。 一般被动减振只能抑制高频扰动20-30HZ以上的问题,其宽频带隔振效果十分有限,不能满足长焦系统的高隔离度的要求。由于振动主动控制技术具有效果好、适应性强等潜在的优越性,所以很自然地成为一条抑制振动新的重要途径。 本文首先提出采用光学传递函数作为评价机载光电系统的动态分辨率工具,并利用它具体分析载体的线性运动和随机振动对像移的影响,从而为计算线性运动和随机振动产生像移的容限提供理论依据。分别对载体的角振动与线振动产生的像移进行了定量分析,并得出结论:角振动比线振动对成像质量影响严重。因此,在机载成像设备中应严格控制角位移的产生,并应该排除平台基架的线振动耦合成摄像系统角位移。以光学传递函数为像质的评价依据,给出了动载体成像振动控制策划流程,可为规划机载成像设备振动控制指标提供方法。 结合创新项目的具体要求,选择了压电元件作为振动主动控制系统的核心元件,它的性能对整个系统的指标实现有着重要影响,因此进行了应用研究。分析了压电元件作为振动主动控制的传感器和驱动器的依据,压电元件的基本原理和机电性能。给出了压电元件的主要性能和特征值及其测试方法;压电元件在使用中的主要特点和应注意的问题。 根据机载成像设备的特点、工作条件,建立了柔性体振动控制的模型,并详细对各种反馈方式进行了类比;着重对绝对加速度反馈进行了系统仿真和振动实验,该系统在100-180HZ之间的隔振效果明显,最大值达到10.45dB;单轴振动主动控制实验结果与理论分析的一致。有力证明了振动主动控制在航空成像系统中应用的可行性和应用前景。 最后对多足平台的振动主动控制进行了方案和实验构想,对振动主动控制系统的工程化作了展望。
刘汝寿[8]2010年在《基于压电材料的被动及半主动振动噪声控制》文中认为近年来,基于压电元件的被动控制方法的出现,为工程结构中振动噪声的控制提供了新的有力手段。本文详细分析了压电被动控制方法的工作原理和实现方法,以表面贴有压电陶瓷片的平板为例,给出了多种分流电路的单/多模态被动减振降噪的实验结果,然后在压电被动控制方法的基础上,发展了一种新颖的半主动控制方法。这种方法不仅实现了对单/多模态振动噪声的控制,而且还具有控制效果好、环境适应性强、电路间干扰小和电路结构简单等优点。本文的研究工作主要由以下叁个部分组成:1.从压电元件的压电方程出发,推导出结构的机械阻抗与压电分流电路的电气阻抗之间的关系,得到了整个系统的位移传递函数和各种分流电路的参数优化方法。2.选用串联RL、串联-CR、模拟和DSP的“合成阻抗”四种典型的分流电路进行单模态的振动噪声控制。此外,还利用并联电容的方法降低了RL分流电路所需的最优电感值和利用“阻塞电路”实现了多模态振动控制。3.结合自适应滤波器和DSP“合成阻抗”电路,提出一种基于自适应“合成阻抗”电路的半主动控制方法,并进行相应的单/多模态振动噪声控制实验。压电被动控制技术的振动噪声控制效果好、结构简单、易于实现、不需要大功率能源,适于在一些要求结构简单轻便的场合;而基于自适应“合成阻抗”电路的半主动控制方法,继承了被动控制的优点,又具有主动控制的特性,是一种非常有发展前景的新方法。
张立[9]2014年在《基于压电技术的飞机壁板结构振动与噪声控制》文中研究表明现代高性能军机的研制开发、飞机动力装置等的升级换代，带来了日益严峻的飞机结构振动疲劳与声疲劳问题，如美国F-18飞机大攻角飞行时发生的垂尾抖振疲劳破坏；另一方面，民用飞机适航认证要求越来越严格，对飞机机舱舒适度等要求也不断提高，如ARJ支线飞机在正式运营前要求开展试验，以验证飞机振动噪声指标达到了适航要求。因此，如何有效控制飞机结构的振动与噪声问题是目前飞行器发展中急需解决的关键问题之一。随着控制技术的发展，越来越多的国内外学者利用主动/半主动控制技术开展结构的减振降噪研究，同时随着压电智能材料的发展，将压电技术应用于结构振动主动/半主动控制研究，成为减振降噪技术领域的一个前沿方向。本文在航空科学基金飞机典型壁板结构的压电噪声控制（编号20091523010）的资助下，开展了飞机典型结构的压电减振降噪理论分析与实验研究。主要完成的研究工作如下：（1）开展了压电主动控制与半主动控制理论及在减振降噪中的应用方法研究。在振动半主动控制方面，重点进行了短路同步开关阻尼（SSDS）、电感同步开关阻尼（SSDI）、外加电压源同步开关阻尼（SSDV）等方法的研究；在振动主动控制方面，研究了FXLMS自适应控制方法的次级通道识别方法及控制算法，并成功应用于飞机典型壁板结构的减振降噪。（2）建立了振动与噪声载荷下，带压电分流电路的板状结构振动与噪声控制系统模型，推导出压电分流电路中压电元件的应变能与动能表达式，以及粘贴压电元件后薄板结构的应变能与动能表达式，获得了带压电分流电路薄板的表面阻抗及吸声系数，为飞机典型壁板结构压电减振降噪提供了理论基础。（3）基于压电分流减振降噪原理，进行了带压电分流电路的板状结构、加筋板结构、飞机典型壁板结构振动控制时的压电元件布局设计，得到了压电元件布局方式对结构振动控制效果的影响规律，为飞机典型壁板结构压电减振降噪提供了压电元件布局方法。（4）设计了电感同步开关阻尼电路，在噪声激励下，以飞机典型壁板结构为研究对象，开展了基于电感同步开关阻尼的压电半主动振动控制实验研究，结果表明，通过压电半主动控制可使结构振动响应幅值降低25%。（5）以飞机机身舱段壁板结构为研究对象，基于压电主动控制技术与FXLMS自适应控制方法，开展了压电减振降噪实验研究。结果表明，结构振动响应幅值可降低63%，噪声声压级可降低10.6dB。本文工作的创新点如下：（1）以飞机壁板结构为研究对象，基于压电分流减振降噪原理，进行了振动的压电半主动控制，得到了压电元件布局对结构振动控制效果的影响规律。（2）首次利用SSDI压电半主动控制技术，开展了飞机典型壁板结构在噪声激励下的振动控制实验研究，实验结果与仿真结果一致性较好，验证了SSDI控制方法在飞机典型壁板结构减振降噪中应用的有效性及可行性。（3）首次将FXLMS自适应控制方法应用于飞机机身舱段壁板结构的压电主动振动与噪声控制实验，取得了良好的控制效果，为飞机壁板结构减振降噪提供了一种新的技术手段。
陈维通[10]2012年在《高速列车车体智能结构减振技术研究》文中指出随着高速铁路技术的发展,对客车的运行平稳性和舒适性要求不断提高。客车平稳性与车体弹性振动密切相关,而随着高速列车车体质量的轻量化,车体的弹性振动问题日益加剧,这势必会降低客车的运行平稳性和舒适性。为了解决这一问题,国内外科研人员已经做了很多理论和实验研究工作,包括对车体进行约束阻尼处理、变刚度、采取振动被动或主动控制等均取得了丰富的研究成果,但是能具体应用到实际车辆的解决方案还有待继续探索。前人的研究预示,采用压电智能结构进行车体弹性振动主动控制是一种很有应用前景的解决方案。本文在总结前人研究成果的基础上,依据从简到繁的研究思路,首先推导了π型压电堆作动器的输出力矩和控制电压之间的关系；其次,通过悬臂梁验证模型得出了基于压电智能结构实施振动主动控制的基本规律；然后,建立了带压电作动器且.考虑车体弹性效应的高速车辆垂向动力学模型,研究了车体和构架自振频率之间的取值关系；最后,采用基于独立模态的主动控制实现了对车体的弹性振动主动控制仿真。研究了各模态作用下结构的应变情况,得出的结论是：压电作动器应安装在结构的最大应变处,即悬臂梁模型的根部位置和实车模型的车体中部位置。分析了LQR方法对压电悬臂梁的振动控制以及控制参数对控制效果的影响规律,得出的结论是：采用主动控制能有效的控制悬臂梁的弹性振动；R值越小,控制力越大但消耗能量也越大,Q值越大振动幅值衰减越快,R和Q的取值应考虑性能泛函和控制输出力两方面因素来确定。探讨了车体和构架自振频率之间的关系,对比了主动控制前后车体的弹性振动特性变化,得出的结论是：在无控制状态下,为了减小车体的弹性振动,车体的一阶弯曲自振频率应大于(?)倍构架浮沉自振频率,同时其取值受到构架弹性振动频率的限制,应予以综合考虑；采用基于压电作动器的主动控制能有效地抑制车体一阶垂向弯曲振动,同时不会影响构架和车体的刚体振动,车辆的平稳性和加速度得到了明显改善。当R值取1×10-6时,作动器出力值合理,控制效果最优。
参考文献：
[1]. 基于压电元件的振动被动控制技术研究[D]. 庞俊恒. 南京理工大学. 2004
[2]. 压电智能结构的减振技术研究[D]. 程军. 南京航空航天大学. 2010
[3]. 基于负电容压电分流阻尼电路的主—被动混合振动控制研究[D]. 马小陆. 南京航空航天大学. 2012
[4]. 智能结构的自感知主动振动控制以及半主动振动控制的研究[D]. 季宏丽. 南京航空航天大学. 2007
[5]. 捷联惯导系统振动控制技术研究[D]. 袁军锋. 中北大学. 2014
[6]. 压电智能结构振动半主动控制研究[D]. 曹景军. 西北工业大学. 2016
[7]. 动载体成像振动主动控制技术的研究[D]. 张葆. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2003
[8]. 基于压电材料的被动及半主动振动噪声控制[D]. 刘汝寿. 南京航空航天大学. 2010
[9]. 基于压电技术的飞机壁板结构振动与噪声控制[D]. 张立. 西北工业大学. 2014
[10]. 高速列车车体智能结构减振技术研究[D]. 陈维通. 西南交通大学. 2012
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