文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
基于压电材料的悬臂梁振动半主动控制研究
姓名:赵永春
申请学位级别:硕士
专业:仪器科学与技术(智能监测与控制)
指导教师:裘进浩
20090301
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
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。基于压电元件的主动振动控制不仅需要复杂的信号处理系统,而且需要庞大的能量供给
系统;被动控制方法中电感和电阻参数对环境变化适应能力差,而且在低频控制时需要很大的
电感,不容易实现。为了克服主被动控制中存在的缺点,本文采用一种基于同步开关阻尼技术
的半主动振动控制的新方法。以工程中常见的悬臂复合材料梁为例,利用半主动控制方法对其
一阶弯曲模态进行振动控制。在该控制系统中,仅用简单的电子元器件,通过合适的开关控制技
术,构成 LC 振荡回路,就可有效地对悬臂复合梁振动进行半主动控制。本文采用了三种不同的
振动半主动控制方法,分别为 SSDS/SSDI/SSDV 技术,并详细推导了具体的能量公式,分别利用高
功耗、超低功耗及无需能量输入的模拟电路和数字电路(DSP)搭建了悬臂复合材料梁振动半主
动控制实验平台,对理论分析结果进行了验证,同时和传统的主动控制方法进行比较,验证半
主动控制的优越性。实验结果表明,半主动控制中 SSDS 可使悬臂梁振动幅值减小 %,SSDI
为 %,SSDV(外加控制电源时)为 %,主动控制方法可使振动减小 %。虽
然半主动控制的效率没有主动控制的高,但半主动控制中,所用的器件较主动控制要少很多,
算法简单,省去了体积庞大高功耗的容性负载功率放大器,半主动控制所占体积小,重量轻,
所用电路非常简单轻巧。
关键词:压电元件,同步开关阻尼,半主动控制,主动控制,模拟电路,数字电路
I
基于压电材料的悬臂梁振动半主动控制研究
Abstract
The piezoelectric materials as a new type of smart materials have many outstanding advantages,
especially in vibration control, because of their excellent mechanical-electrical coupling
characteristics. Application of active vibration control systems based on piezoelectric elements in
real-world structures has been limited by their requirement plicated signal processing system
and bulky power amplifier. The passive vibration control systems are simpler, but they are sensitive to
variation of the system parameters. They also need large inductance in low frequency domain which is
difficult to implement. In order to e these drawbacks, a new method of semi-active vibration
control based on a technique of a nonlinear synchronized switch damping (SSD) has been developed
recently. In this system, a resonant switching posed of a few small electronic is used to
invent the voltage o n the PZT and control the vibration of the posite beam using an
appropriate switching algorithm. This paper used three different semi-active methods including
SSDS/SSDI/SSDV techniques. An experimental platform for semi-active vibration control o