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(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)很好地結(jié)合了振動(dòng)主動(dòng)控制和振動(dòng)被動(dòng)控制各自的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有效的主被動(dòng)混合振動(dòng)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(dòng)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(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)。
　　但是在以往的研究中，壓電主動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)和壓電被動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究對(duì)象。換句話說(shuō)，研究者或者對(duì)壓電主動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，或者對(duì)壓電被動(dòng)約

2、束層阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dòng)控制機(jī)理，結(jié)合壓電主動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)和壓電被動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)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(duì)我國(guó)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(guó)防科技工業(yè)預(yù)研項(xiàng)目的支持下，對(duì)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(gè)

3、方面的內(nèi)容：
　　首先對(duì)主被動(dòng)混合壓電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，不僅證明了主被動(dòng)混合壓電網(wǎng)絡(luò)具有比純主動(dòng)控制更好的振動(dòng)控制性能和更高的可靠性，還對(duì)主被動(dòng)混合壓電網(wǎng)絡(luò)中的RL分流電路進(jìn)行了優(yōu)化。更主要的是，全面揭示了RL分流電路在主被動(dòng)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(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)和壓電被動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析。通過(guò)與主被動(dòng)混合壓電網(wǎng)絡(luò)以及傳統(tǒng)壓電主動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dòng)控制性能。在此基礎(chǔ)上，利用minmax法對(duì)新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)中的RL分流電路進(jìn)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(wèn)題。針對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題(系統(tǒng)魯棒性的問(wèn)題、系統(tǒng)響應(yīng)速度和阻尼程度之間存在矛盾的問(wèn)題)，結(jié)合組合非線性反饋控制和滑?？刂聘髯缘膬?yōu)點(diǎn)，提出一種組合非線性反饋滑?？刂啤Ｍㄟ^(guò)與傳統(tǒng)滑?？刂七M(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，組合非線性反饋滑模控制不僅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(duì)參數(shù)攝動(dòng)也具有比傳統(tǒng)滑?？刂聘玫聂敯粜?。進(jìn)而利用組合非線性反饋滑模控制為一類匹配不確定系統(tǒng)和一類非匹配不確定系統(tǒng)

6、設(shè)計(jì)了魯棒控制器，使組合非線性反饋滑?？刂频倪m用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。在此基礎(chǔ)上，利用組合非線性反饋滑?？刂圃O(shè)計(jì)魯棒控制器，對(duì)新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　在利用組合非線性反饋滑模控制對(duì)新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，考慮到利用機(jī)理分析法獲得的數(shù)學(xué)模型無(wú)法對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確地描述，而且實(shí)際結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變量又大多不可測(cè)，所以本文通過(guò)特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法來(lái)建立實(shí)際結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間表達(dá)式，并為組合非線性反饋滑?？刂圃O(shè)計(jì)了狀態(tài)觀測(cè)器。

7、在此基礎(chǔ)上，以懸臂梁作為實(shí)際被控對(duì)象，利用特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法和帶狀態(tài)觀測(cè)器的組合非線性反饋滑模控制完成了對(duì)新型壓電約束層阻尼懸臂梁結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型壓電約束層阻尼結(jié)構(gòu)具有比純主動(dòng)控制和傳統(tǒng)壓電主動(dòng)約束層阻尼結(jié)構(gòu)更好的振動(dòng)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(guò)對(duì)星箭系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，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