【摘 要】
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航天器广泛地使用大尺寸薄壁结构,并且工作环境愈发恶劣,对减振技术提出了更高的要求。压电材料能够实现机械能和电能转换,并且具有频响范围宽、机电响应快、线性行为良好等特点,比较合适应用于振动控制。特别是其中的宏纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）,其柔软性能更好,压电常数和机电耦合系数更高。本文利用MFC压电片作为传感器、作动器,结合阻尼电路和主动控制方法,对基于压电智能
【基金项目】
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重点实验室稳定支持项目“智能结构振动环境自适应技术研究”；
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航天器广泛地使用大尺寸薄壁结构,并且工作环境愈发恶劣,对减振技术提出了更高的要求。压电材料能够实现机械能和电能转换,并且具有频响范围宽、机电响应快、线性行为良好等特点,比较合适应用于振动控制。特别是其中的宏纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）,其柔软性能更好,压电常数和机电耦合系数更高。本文利用MFC压电片作为传感器、作动器,结合阻尼电路和主动控制方法,对基于压电智能结构的振动控制技术开展如下研究工作:（1）获得了压电材料和基体材料耦合之后的相互作用关系。用多物理场耦合建模的方法对其进行了理论分析和仿真分析,获得了压电片的物理特性、作动器特性和传感器特性,进而推导出压电智能结构状态空间方程。（2）基于分流阻尼电路对结构进行减振设计研究。研究了压电分流阻尼电路基本原理,并在分析其阻抗特性的基础上通过传递函数法对电路参数进行了优化,采用模拟电感电路解决了超大电感的问题。为了实现多模态振动控制,设计了多模态振动控制分流阻尼电路。对分析理论和设计方案进行了数值模拟和试验验证,结果表明,本文提出的方法可以取得很好的减振效果。（3）研究了基于MFC压电结构的主动振动控制方法。考察了结构在外力作用下的振动状态并用状态空间对其进行了描述,进而用滤波最小均方（Filtered-x Least Mean Square,Fx LMS）自适应主动控制方法设计了单输入单输出（Single Input Single Output,SISO）控制器和多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）控制器,分析不同控制参数对控制效果的影响。在对结构进行系统辨识的基础上对控制方法进行了仿真和实验验证,取得了良好的控制效果。综上,本文完成了基于压电智能材料、多场耦合建模、分流电路设计、系统辨识、自适应振动主动控制技术的研究,为提高航天飞行器结构对振动环境的适应能力提供了有力支撑。
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