摘要：柔性压电结构主动振动控制的实验与仿真

为了减少有效载荷并降低昂贵的发射和运营成本，航天器上使用了许多轻型柔性结构。当它在几乎没有阻尼的空间环境中运行时，极易受到粒子流、宇宙风等各种外力的碰撞和扰动，造成长时间的大振动。因此，柔性结构特别是大型柔性结构的主动振动控制研究在航天器设计中具有重要的应用价值，热振动特性的测试和分析对于飞机机翼、方向舵等的主动振动控制研究具有重要意义。结构。意义。目前，智能结构主动振动控制领域的研究大多基于理论推导和数值模拟。实际构件主动控制的实现大多属于低阶简单结构，关于三阶及以上结构振动主动控制的成功案例报道较少。本文开展了以压电陶瓷为驱动器的柔性智能结构主动振动控制的实验研究和数值模拟；并对单层翼板结构在热环境下的振动特性进行了实验研究和分析，得到以下结果： 1. 建立了柔性智能结构主动振动控制实验系统，采用独立模态控制方法成功实现了大型柔性结构的主动振动控制。并首次根据Rouse准则证明，当高阶结构的振动通过独立模态法由少量作动器主动控制时，可以有效抑制控制溢出，设计的控制器根据这种方法很容易解决，有利于高速实时控制的实现。 2、研制了一种具有良好动态频率特性的压电陶瓷驱动装置，可输出正负对称波形输出电压，控制压电陶瓷驱动器按指令动作，完成柔性结构的振动控制。 3. 开发了模态滤波器，成功地将传感器输出的各阶模态的振动信号相互叠加分离，提取出各个独立的单个模态。实现结构的主动振动控制提供了重要的先决条件。 4、由于测量和控制量计算等各个环节，会造成信号延迟，严重影响控制效果，甚至励磁现象会使被控对象产生较大的振动。为此，研制了移相控制器，对输入计算机的信号进行相位调整，校正相位滞后，使系统获得最佳控制效果。 5.建立了受控柔性梁结构横向振动数值模型，利用Matlab软件对独立模态控制方法对大型柔性梁的主动振动控制效果进行了数值模拟。数值计算结果与实验结果基本一致，验证了数值模拟方法的有效性。 6.研制了高温环境下热振耦合试验频率测量装置，利用高温气动热振试验模拟系统对单层部分固定单层的振动特性进行了试验研究高温环境下的层状翼板结构。得到了翼型结构固有频率等参数随温度的变化规律，为导弹翼舵结构采用大翼展、小局部固定支撑连接时的高温热模态分析提供了重要依据，并提供进一步深入的探索和研究。理论分析提供了非常重要的实验数据，同时也为今后在高温热环境下实现主动振动控制奠定了基础。

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