收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于压电传感与作动的锥壳振动特性及主动控制研究

李华  
【摘要】:飞行器上恶劣的动力学环境会导致精密设备的精度损失,甚至失效。为了保护飞行器上精密设备,需要改善动力学环境。采用隔振技术,即在精密设备与安装基础之间加装具有振动抑制功能的隔振器,可能有效地降低设备的振动强度。其中,基于压电智能结构的主动隔振系统,由于具有控制效果好、重量轻、响应快、能源需求小、结构简单可靠等特点,对于要求苛刻的飞行器而言最为理想。因此本文以圆锥壳为基本结构,采用压电材料作为传感器及作动器,对精密设备主动隔振问题进行研究。 锥壳的振动特性是进行主动控制的基础,但锥壳隔振器有其特殊性。边界条件为大端固支、小端自由;与横向振动相比,隔振器的轴向振动、扭转振动及侧倾振动对隔振而言更为重要。为描述固支-自由的边界条件,构造了基于多项式及三角函数的模态函数。然后基于薄壳基本假定,给出了锥壳结构的几何方程和物理方程,并进一步给出了自由振动时应变能、动能的表达式。应用瑞利-里茨法推导了固有频率、模态函数的求解公式。在分析过程中,考虑了前述四种振动形式,并针对每一种振动形式,给出了适用的公式。 对于扭转振动,由于普通的压电传感器对面内剪切应变不敏感,因此提出了剪切式压电传感器。推导出了剪切式压电传感器的一般信号方程;然后根据振动分析的结果,代入锥壳的本构方程,得出了圆锥壳作扭转振动时的传感信号方程;并最终给出了固支-自由边界条件下的扭振传感信号。为分析轴向、侧倾及横向振动,提出了对角式压电传感器,给出了其通用表达式。对角式传感器的传感信号可分成四个部分,分别对应于四个应变分量。结合数值方法对传感信号进行了仿真分析,给出了模态信号、传感器贴片的传感信号的分布规律。并考虑了小端装有附加质量时各信号的分布特性。传感器输出信号的幅值取决于锥壳的模态应变,且与传感器位置、几何形状、压电材料特性等参数有关。由于传感器贴片的平均效应,其输出信号的幅值小于模态信号,但差别微小。因此可以用贴片的输出信号代替模态信号以测试结构的振动特性。此外,对输出信号的分析结果为确定传感器的最优位置提供了依据。 基于逆压电效应,提出了对角式压电作动器以控制锥壳结构的轴向、侧倾及横向振动。根据模态叠加法,使用各阶模态的模态参与系数及振型函数合成锥壳上任意点的响应。将锥壳和压电作动器的振动方程转换到模态空间,得出模态振动方程。然后根据逆压电效应推导了作动器的数学模型,给出了对角式压电作动器的模态控制力表达式。对角式压电作动器的模态控制力包含四个分量,分别对应于径向及环向作动器单位长度上的力和力矩。采用开环控制,对作动器贴片的控制行为进行了分析。在单位控制电压的作用下,对角作动器产生的模态控制力及各分量的相对大小随贴片的位置及模态变化。对角式作动器对锥壳隔振器的轴向、侧倾及横向振动均有模态控制力输出。在有附加质量的情况下,对角式压电作动器各贴片均输出模态控制力,且幅值差别较小。分析结果为随后的主动控制提供了依据。 将模态振动方程转换到状态空间,以对角式压电传感器的模态输出信号为系统输出,以对角式作动器在单位控制电压下的模态控制力为系统控制输入向量,建立主动控制系统的系统状态空间方程。采用线性二次型(LQR)最优控制,通过使性能准则函数最小求得最优控制。使用数值方法对控制系统进行仿真,分析了不同作动器的控制力及控制电压。 设计并制作了智能锥壳缩比模型,并搭建了实验平台,对提出的位移函数、分布式压电传感器与作动器理论进行了原理性验证。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 孙权;于洋;陈宝成;;基于PVDF的压电传感器动态压力标定[J];黑龙江科学;2021年14期
2 刘孝禹;饶玉龙;张继承;肖家浩;;基于压电传感器的木材轴压损伤监测[J];压电与声光;2020年05期
3 杜斌;蒋俊俊;陈凯歌;;基于压电传感器的管道超声导波模拟技术研究[J];电子科技;2016年12期
4 闫铭;万舟;;基于PVDF压电传感器的高压输电塔健康监测研究[J];工业仪表与自动化装置;2017年01期
5 邬永辉;彭卫芳;吴功果;刘小华;刘纯县;;用串联压电传感器测定水中邻苯二甲酸酯的方法研究[J];职业与健康;2016年04期
6 任峨松;;关于压电传感器磁灵敏度的探讨[J];宇航计测技术;1985年04期
7 朱立伟;冷志鹏;何天涛;钱丰;李宏伟;;基于随机车辆荷载反正切模型的压电传感器温度补偿算法[J];物联网技术;2020年07期
8 李国辉;;基于PVDF压电传感器机器人腿部平衡系统的设计[J];电子世界;2017年18期
9 沙永忠;姜宏伟;李盘文;;柔性压电传感器的设计[J];测控技术;2011年03期
10 Eduardo Bartolome;;压电传感器的信号调节[J];中国电子商情(基础电子);2011年09期
11 郝海玲;;高分子压电传感器在交通监测中的应用[J];内蒙古石油化工;2010年03期
12 麦庆军;;压电传感器二测量电路特性的探讨[J];数理医药学杂志;2009年01期
13 蔡军锋,易建政,檀朝彬,王波;PVDF压电传感器在爆炸冲击波测量中的应用[J];传感器世界;2005年03期
14 曹康敏,高伟;压电传感器前置电路研究[J];固体电子学研究与进展;1996年01期
15 J Skubis;沈扬;;用放电声信号校准压电传感器[J];国外计量;1985年05期
16 张福学;压电传感器发展史的研究和开发建议[J];传感器技术;1984年S1期
17 高俊娟;;智能结构中的压电传感器与驱动器[J];计算机产品与流通;2018年02期
18 顾正祥;;压电传感器在车辆行驶称重中的应用[J];山东工业技术;2018年14期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 王军锋;杨黎明;迟庆;;基体隔离式高灵敏度压电传感器的设计[A];中国工程物理研究院科技年报(2002)[C];2002年
2 喻煌超;王晓东;;基于压电传感器和弹性波传播机理的裂纹探测[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(下)[C];2018年
3 门丽洁;时胜国;;主动隔振系统建模及功率流传递特性分析[A];第十三届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2011年
4 姚军;朱振宇;;压电方程与两种压电传感器模型[A];中国航空结构动力学专业组第十六届学术交流会论文集[C];2008年
5 李斌;董万元;;大型机载光学系统主动隔振平台设计与仿真[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
6 孙国春;田彦涛;徐卫;;汽车发动机主动隔振系统模糊控制[A];2003年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2003年
7 周志东;;多层挠曲电/压电传感器的力电耦合分析[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(下)[C];2018年
8 刘磊;;超静主动隔振技术研究与学生培养[A];第十四届全国振动理论及应用学术会议(NVTA2021)摘要集[C];2021年
9 阮兵;梁希强;万叶青;李严;董本勇;田芮利;;多层厂房振动与防微振控制设计的探讨[A];2021年工业建筑学术交流会论文集[C];2021年
10 安峰岩;孙红灵;肖椽生;徐健;李晓东;;磁悬浮主动隔振系统的控制算法研究[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年
11 刘伟;李宗峰;高扬;;空间高微重力主动隔振系统测量方案研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
12 申永军;;半主动隔振系统的解析研究[A];第七届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2013年
13 范涛;任维佳;李宗峰;;一种用于主动隔振系统的脐带线刚度测试系统[A];中国空间科学学会2013年空间光学与机电技术研讨会会议论文集[C];2013年
14 黄志伟;何雪松;;复杂激励下双层主动隔振系统振动特性研究[A];2016年度声学技术学术会议论文集[C];2016年
15 杨庆俊;王晓雷;郑钢铁;;单轴柔性体气弹簧主动隔振研究[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
16 李双;陈克安;文立华;;压电智能结构主动隔振系统研究[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年
17 王巍;杨智春;;一种新型压电作动器的特性及应用研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
18 王巍;杨智春;;一种新型压电作动器的特性及应用研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
19 商海英;;军用光纤智能结构/蒙皮[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
20 陈登硕;李海波;唐介;秦朝红;曹登庆;;基于电磁式隔振器的Stewart主动隔振平台研究及其优化设计[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 李华;基于压电传感与作动的锥壳振动特性及主动控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 尹凡;基于平板电容模型的电容传感器以及新型压电传感器的研制与应用[D];湖南大学;2002年
3 罗东云;冷原子重力仪超低频主动隔振控制技术研究[D];浙江工业大学;2019年
4 肖斌;柴油机双层隔振台架主动隔振技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
5 陈绍青;电磁式主被动复合隔振器关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
6 涂奉臣;基于磁流变阻尼器的整星半主动隔振技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 王强;新型磁流变阻尼器与六轴半主动隔振系统研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
8 王帅;压电作动器迟滞特性及六自由度主动隔振平台控制研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
9 曹青松;新型主动隔振系统的理论与实验研究[D];华中科技大学;2007年
10 马相龙;复杂壳体耦合系统振声特性及其主动隔振策略研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
11 周兴华;具有非对称刚度和阻尼特性的准零刚度隔振器技术研究[D];吉林大学;2021年
12 韩超;负刚度可调式电磁隔振器动力学特性分析及试验研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
13 焦小磊;中高频激励下波纹管式流体阻尼隔振器动力学特性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
14 韩俊淑;一种曲面弹簧滚子机构的非线性隔振器特性研究[D];军事科学院;2018年
15 李方硕;双腔液固混合介质隔振器动力学特性及半主动控制研究[D];南京航空航天大学;2016年
16 史晓宏;基于压电传感的微生物快速检测研究[D];湖南大学;2016年
17 唐振寰;橡胶隔振器动力学建模及动态特性研究[D];南京航空航天大学;2013年
18 张针粒;粘弹性隔振器动力学性能理论及实验研究[D];华中科技大学;2012年
19 任旭东;空气弹簧准零刚度隔振器的特性分析及应用研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2017年
20 郝志峰;基于高性能低频隔振器的动力学与振动控制研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 郭文哲;电纺微纳米纤维材料在压电传感器及柔性可拉伸电极中的应用[D];青岛大学;2019年
2 李煜坤;基于压电传感网络的复合材料液体成型过程实时监测技术[D];厦门大学;2018年
3 Mujeeb Ali Khan;基于压电传感器面板的建筑物疏散照明[D];中国科学技术大学;2019年
4 彭昊;基于陶瓷压电传感器的智能床垫系统设计[D];合肥工业大学;2018年
5 徐云华;基于PZT柔性压电传感器的混凝土动态冲击应力/应变健康监测研究[D];东南大学;2018年
6 王仰夫;物理环境因素对新型聚合物石英压电传感器检测频率信号影响的数值模拟研究[D];北京交通大学;2017年
7 薛岩波;水泥压电传感器信号分析处理系统的研究与开发[D];济南大学;2010年
8 茹鸿菲;超低噪声甚低频压电传感器的设计及应用[D];中国计量大学;2020年
9 周俊;基于封装式压电传感器的钢筋均匀锈蚀监测研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
10 杜军国;几种非理想状态下压电传感器的响应及应用[D];山东师范大学;2010年
11 马爽;服装用PVDF压电传感器的制备及性能研究[D];天津工业大学;2017年
12 李铭铭;BZT-0.5BCT/PVDF基高灵敏度柔性压电传感器的制备及性能研究[D];东南大学;2021年
13 侯海玉;智能压电传感器开发平台的设计与研究[D];燕山大学;2006年
14 熊运畅;串联式压电传感器的性能研究[D];湖南大学;2016年
15 李少雄;一种新型聚合物石英压电传感器的设计及其力学行为研究[D];北京交通大学;2013年
16 胡远威;液相单片阵列式压电传感器测量系统研究[D];天津理工大学;2016年
17 王恩荣;压电智能材料在混凝土结构动力监测中的应用[D];济南大学;2015年
18 黄海;磁悬浮浮筏主动隔振系统动力学理论模型研究[D];武汉理工大学;2010年
19 肖争光;含压电传感器复合材料结构的扩展逐层方法研究[D];中国民航大学;2020年
20 田芳芳;新型聚合物石英压电传感器振动特性分析与数值模拟[D];北京交通大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978