基于压电智能结构的三轴向主动隔振技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xianshengh
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本文对应用于航天领域的基于压电智能结构的微振动主动隔振技术进行了系统的理论分析与实验研究,主要内容包括:压电振动测量、压电驱动器、自适应控制策略等,并重点对一维及三轴向主动隔振平台进行了实验研究.应用新型压电单晶材料对三轴向压电加速度传感器进行了原理性研究和初步结构设计,对其电荷信号耦合效应进行了理论分析,给出了解耦方法,并制作了试验样件,理论计算结果表明其传感性能优于基于传统PZT压电材料的压电加速度传感器.对压电堆驱动器力-电耦合性能进行了理论分析,给出了厚度方向位移量计算公式,设计了压电堆驱动器,并对其结构进行了模态分析.分别对金属-压电复合梁与金属-压电复合环薄片粘贴型驱动结构的力-电耦合性能进行了理论推导,给出了轴向驱动力与位移量的影响因素及计算公式,并设计了新型金属-压电复合环驱动结构.最后对压电堆及金属-压电复合环驱动结构的驱动性能进行了测试.自适应控制系统是基于压电智能结构主动隔振系统的核心部分,而自适应算法则是实现自适应控制系统的关键技术.首先按滤波器结构与自适应算法两部分对自适应滤波算法进行了系统分析,然后对应用于主动隔振系统的FX-LMS自适应算法进行了详细推导,提出了简化FX-LMS(Simplified FX-LMS:SFX-LMS)自适应算法.最后对应用于多输入多输出自适应控制系统的MIMO FX-LMS及MIMO SFX-LMS自适应算法进行了详细推导.在上述研究基础上,首先对基于压电堆驱动器的一维主动隔振平台进行了实验研究,设计了一维主动隔振平台,并应用FX-LMS及SFX-LMS自适应算法开发了一套完整的SISO自适应控制系统,其最大隔振幅度达到50dB.然后应用金属-压电复合环驱动结构对三轴向主动隔振技术进行了系统实验研究,设计了能够进行解耦控制的三轴向主动隔振平台结构,应用MIMO FX-LMS及MIMO SFX-LMS自适应算法研制了一套完整的MIMO自适应控制系统,现场测试结果表明该三轴向主动隔振平台各轴向均具有良好的隔振效果,最大隔振幅度达到40dB,适合于航天领域微振动主动隔振应用场合.在基于压电智能结构的一维主动隔振平台及三轴向主动隔振平台实验研究基础上,本文提出了压电智能体及压电多智能体概念,并对压电多智能体控制策略进行了初步研究.
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