基于压电陶瓷的轿车顶棚振动主动控制技术研究

【摘要】： 随着社会的发展,人们生活水平的提高,汽车在日常生活中扮演着越来越重要的角色,人们对轿车乘坐的舒适性要求也越来越高。轿车的振动特性成为衡量轿车乘坐舒适性的一个重要标志,控制车辆行驶时的车身板件的振动受到业内学者的关注。压电材料作为一种新型的智能材料,以其良好的机电耦合特性,在结构主动振动控制领域得到了广泛应用。本文围绕压电智能结构主动减振这一主题,从压电片的筛选、轿车白车身的动力学建模、优化方法的实现、控制策略的设计和实验研究等方面对基于压电陶瓷的轿车顶棚振动主动控制技术进行了系统的研究。本文的主要内容有: 1)通过分析研究国内外不同压电材料特性方面的资料,筛选出压电陶瓷(PZT)作为传感器和作动器。 2)对压电材料的电特性和力学特性作了简单的介绍,在此基础上,进一步介绍了综合力学和电学性能的压电方程,采用基于模态坐标提取精度准则的优化设计方法(D优化准则法)确定压电片的粘贴位置。 3)阐明了理论与试验模态分析的基本过程,研究了二者之间的相互关系以及各自的特点,并在回顾已有的模态参数识别理论的基础上,讨论了三种模态参数识别方法的特点。建立了白车身的有限元模型,对该模型进行了低阶模态分析,同时对实际样车进行了模态试验,并在试验的基础上验证了有限元模型的正确性。 4)研究了小波变换的基本原理及MALLAT算法,并把小波分析理论和LMS (Least Mean Square, LMS)算法结合起来提出分解LMS算法(Decomposition LMS, D-LMS)和分解重构LMS算法(Decomposition and Reconstruction LMS, DR-LMS)两种结构形式的小波自适应算法,并对两种算法进行了深入的理论研究。 5)根据随机自适应控制理论,建立小波自适应控制系统,并分别应用D-LMS算法和DR-LMS算法设计两种小波自适应控制器,给出了两个控制器参数矩阵的自适应调整方程,并利用Simulink平台对这两种控制器进行仿真研究。 6)研究基于Simulink/Dspace硬件平台的数据采集及控制技术,设计了基于Simulink/Dspace硬件平台的小波自适应控制系统的硬件和软件,并将该技术应用到悬臂梁的振动主动控制系统中,获得了良好的控制效果。 7)把以上的研究应用到了基于智能结构思想的轿车顶棚振动主动控制中,建立了集执行器和传感器为一体的具有智能结构特点的被控对象,完成了轿车顶棚振动主动控制系统的硬件和软件设计。实验结果显示,基于压电陶瓷的轿车顶棚振动主动控制系统能够有效的控制轿车顶棚的振动。从而,从实验上证实了小波自适应控制算法的有效性及利用压电陶瓷控制轿车顶棚振动的可行性。