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基于压电智能结构的机敏约束阻尼薄板振动主动控制
| 论文题名： | 基于压电智能结构的机敏约束阻尼薄板振动主动控制 |
| 关键词： | 汽车工程;振动控制;压电智能结构;机敏约束层阻尼技术 |
| 摘要： | 为实现节能减排的目的，汽车车身轻量化成为解决这一问题的重要手段之一。车身的轻量化往往会导致低频振动的恶化的问题，而传统的NVH抑制技术受其自身特征限制已经不能很好的解决这一问题。为了满足人们要求越来越高的乘坐舒适性性能，振动主动控制技术的发展为解决这一问题提供了新思路。将被动约束阻尼技术和主动控制技术双重优点结合起来的机敏约束层阻尼技术(Smart Constrained Layer Damping，SCLD），可以在很宽的频率范围内保持较高的阻尼特性，对低频振动拥有良好的抑制效果，成为广大学者们研究的热点。 本研究以局部覆盖SCLD对边固支薄板为研究对象，引入压电陶瓷（PZT）片作为传感器，进行振动主动控制的若干研究。首先，采用GHM模型表征粘弹性材料的阻尼特性，利用压电方程描述压电材料的作动和传感特性，结合有限元法建立拥有自感知能力的 SCLD层合结构动力学模型，并通过模态实验对数学模型进行正确性验证。其次，以可观性 Gramian为基础，并考虑剩余模态的影响，构造主控模态可观性优化准则函数，利用遗传算法对压电传感的位置进行优化配置；以确定了的压电传感为基础，利用系统的H2范数构造考虑剩余模态影响的作动器位置优化目标函数，并应用遍历法确定作动器布置位置。应用内平衡降阶和状态空间复模态截断联合的方法对结构动力学模型进行降阶处理，以方便后面控制器设计；并通过模态实验验证位置优化配置后局部覆盖 SCLD的层合板理论模型的正确性，并对阻尼进行适当修正处理。然后，针对压电传感器的特点，选用模态控制与最优控制结合的控制策略，完成线性二次最优独立模态控制器的设计；并设计状态观测器以满足控制器对状态反馈的需要。最后，基于仿真软件和硬件在环实验平台，对局部覆盖SCLD结构进行振动主动控制仿真与实验的相关研究。结果表明：所建立的动力学模型可以准确的表达其集传感、被动控制与主动控制于一体的智能特性；位置优化后的PZT传感器/作动器，可以达到以较少数量的传感器和作动器实现对控制频率范围内的模态拥有良好的可观/可控性的目的，且可以避免不当位置对后续控制的影响；在控制仿真和硬件在环实验环节取得不错的控制效果，其中，在硬件在环实验时，在第一阶固有频率单频正弦信号激励下振动响应幅值衰减约55%；在前三阶固有频率叠加的混合周期信号激励下，振动响应幅值衰减约45%；在有限带宽高斯白噪声信号激励下，振动响应幅值的均方根值下降了26%。 |
| 作者： | 孔德飞 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王攀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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