文档介绍：工学硕士学位论文

压电智能结构的振动主动控制研究

尉飞

哈尔滨工业大学
2006 年 6 月
国内图书分类号: O328
国际图书分类号:

工学硕士学位论文

压电智能结构的振动主动控制研究

硕士研究生: 尉飞
导师:黄文虎教授
副导师: 胡超教授
申请学位:工学硕士
学科、专业: 一般力学与力学基础
所在单位:航天学院
答辩日期:2006 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: O322
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

RESEARCH ON ACTIVE
VIBRATION CONTROL OF
PIEZOELECTRIC
SMART STRUCTURES

Candidate: Wei Fei
Supervisor: Prof. Huang Wen hu
Associate Supervisor: Prof. Hu Chao
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: General Mechanics and
Foundations of Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: June, 2006
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
智能结构因为具有响应快、自适应、自判断等优点已逐渐成为振动控制
领域里的研究热点。而由于压电智能材料很强的力电耦合效应,越来越多的
受到国内外学者的关注。
本文以压电梁为研究对象,采用解析法(Euler–Bernoulli 梁)和数值分
析法(有限元方法)研究了压电智能结构的振动主动控制问题,其中采用的
反馈控制策略为线性二次型最优控制(LQR)和速度负反馈控制。文中,基
于解析法分析了 LQR 控制中 Q、R 变化对压电智能悬臂梁的控制的影响;
鉴于解析法的缺陷,根据 Hamilton 变分原理,建立了压电智能梁的动力学
有限元方程,得到了压电智能梁的振动控制方程,利用商业计算软件
Matlab 对上述控制规律的振动控制进行了仿真,并对控制规律进行了对比
分析,同时还对所建立的模型与文献的实验数据及其他模型的计算数据进行
了对比分析。
结构的动态特性的分析一直是结构动力学研究中的重点,本文利用有限
元方法对压电智能悬臂梁的力学特性进行了分析,包括结构固有频率、振
型、节点随着压电片尺寸、位置等因素的变化。
在压电智能结构振动主动控制中,压电元件可以分别作为传感器和作动
器,其在结构中的位置布局对振动控制性能影响很大,是振动主动控制系统
设计中的重要问题。本文根据可控性指标的概念,研究了压电悬臂梁振动控
制中的压电传感器/作动器的优化布局。
关键词智能结构;有限元;压电元件;振动主动控制;压电片布置
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Smart structures are being the focus in the study of vibration control due to
its advantages of fast reaction, self-adapting, self-diagnosing and so on. The
piezoelectric materials have strong electromechanical couple ability so that they
are studied by most scholars.
In this thesis, a beam with bonded piezoelectric sensors and actuators is
studied. Analytic method and FEM are used to analyze the problems of the
vibration control of th