固定边界薄壁抛物回转壳体建模及振动控制

论文摘要

随着空间技术的发展,薄壁抛物回转壳结构在航空、航天及通信等领域得到广泛应用,采用智能材料对结构的振动进行主动控制已成为提高薄壁抛物结构性能的有效方法。目前对固定边界薄壁抛物壳的研究还处于起步阶段,本文主要采用有限元法对抛物壳的结构动力学特性、振动特性和控制技术进行了探索性研究。首先根据弹性力学和板壳理论的相关知识,推导了壳体的内力表达式,运用汉密尔顿原理推导了薄壁抛物回转壳的动力学方程,但由于抛物壳动力学方程的复杂性,很难直接从方程中得到解析解。所以,借助有限元分析软件对薄壁抛物回转壳建模并进行了振动模态分析,得到结构振动的固有频率和固有振型。对抛物壳进行频率响应的分析确定出影响系统稳定的最大的频率范围,为振动主动控制研究奠定理论基础。对结构瞬态响应下的信号分析,得到机构振动的一般规律。根据结构振动的规律,分析不同粘贴压电作动器情况下,结构振动的衰减,得出在分布力作用下结构振动的响应关系,为作动器的粘贴位置提供了必要的理论支持。通过对正位反馈算法的研究分析,设计了适合于主动控制的控制器,并对控制器的各个参数进行了优化,使得能获得良好的控制效果。在MATLAB环境下进行了控制系统仿真,取得了良好的振动抑制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 课题研究的背景及意义
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.3.1 智能材料与结构
• 1.3.2 弹性抛物壳的动力学分析
• 1.3.3 传感器和控制器的优化配置
• 1.3.4 智能结构振动的主动控制
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 薄壁抛物回转壳建模
• 2.1 薄壁抛物回转壳的几何特性
• 2.2 薄壁抛物回转壳的内力表示以及压电抛物壳的平衡方程
• 2.2.1 薄壁抛物回转壳的内力表示及计算
• 2.2.2 薄壁抛物回转壳动力学方程的建立
• 2.3 本章小结
• 第3章 薄壁抛物回转壳的有限元分析
• 3.1 有限元法及分析软件
• 3.1.1 有限元法
• 3.1.2 有限元分析的基本过程
• 3.1.3 分析软件介绍
• 3.2 模态分析
• 3.2.1 模态分析理论
• 3.2.2 薄壁抛物回转壳的有限元模型的建立
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 系统的频率响应仿真
• 3.3.1 频率分析的理论简介
• 3.3.2 结果分析
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 传感器/作动器贴片的优化配置
• 4.1 时间历程
• 4.2 冲击力作用下的响应
• 4.2.1 经线方向振动情况
• 4.2.2 周向方向振动情况
• 4.3 模拟作动器贴片后的仿真分析
• 4.3.1 全粘贴作动器
• 4.3.2 连续粘贴作动器贴片
• 4.3.3 分散粘贴作动器
• 4.4 作动器贴片的布置
• 4.5 本章小结
• 第5章 主动控制
• 5.1 正位反馈控制
• 5.1.1 控制器的原理
• 5.1.2 稳定性分析
• 5.2 正位反馈控制算法仿真及结果
• 5.2.1 固有频率的选取
• 5.2.2 阻尼比的选取
• 5.2.3 仿真结果分析
• 5.3 数字控制器的研究及实现
• 5.4 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢