论文部分内容阅读
压电材料是近年来新兴的一种智能材料,因其优秀的力电耦合性能被广泛应用在机电振动控制系统中,通常作为传感器与驱动器嵌入到工程结构中。压电复合材料层合板是机翼壁板的重要组成部分,因此,在湿热环境下,压电复合材料悬臂层合板的振动抑制研究显得尤为重要。本论文研究湿热环境下、受气动力载荷作用下压电复合材料悬臂层合板的主动振动抑制。主要研究内容如下:首先进行湿热环境下压电复合材料悬臂层合板的动力学建模。在力学模型的设计上,将压电片放置在复合材料层合板的上下表面分别作为驱动器与传感器。在位移场的选择上采用经典的层合板理论,几何方程上选用小变形假设,给出湿热环境下复合材料层合板的本构方程,压电材料的线性本构方程,利用一阶活塞理论计算气动力,考虑外部电压激励的作用与复合材料层合板结构阻尼的影响,利用Hamilton原理推导压电复合材料悬臂层合板的动力学方程。根据压电复合材料悬臂层合板的边界条件,假设复合材料层合板的二阶位移模态函数,利用Galerkin方法将动力学偏微分方程离散成两个自由度的常微分方程。同时,利用压电传感器的正压电效应对压电复合材料层合板底层的传感器进行机电耦合建模。其次,进行压电复合材料层合板振动控制器的设计。依据压电复合材料层合板的动力学常微分方程与传感器的机电耦合控制方程,建立闭环回路动力学控制系统。设计参数不确定系统下的状态反馈控制器与全维状态观测器。利用线性矩阵不等式方法求解状态反馈增益矩阵与观测增益矩阵。根据李雅普诺夫稳定性理论证明当前设计的不确定参数系统下的鲁棒控制器能够保证动力学控制系统是渐进稳定的。最后,利用Matlab编程,进行数值仿真,研究湿热环境对压电复合材料悬臂层合板固有属性的影响,同时验证当前设计的控制器的准确性和有效性。给出了温度、湿度以及几何参数对压电复合材料悬臂层合板的固有属性的影响。给出了压电复合材料悬臂层合板控制前后的前两阶时间历程图,用来比较验证鲁棒控制器的有效性。在温度、湿度、压电复合材料层合板的几何参数与结构阻尼发生改变的情况下,验证鲁棒控制策略的有效性。同时,在系统参数具有不确定性的情况下,对当前设计的控制器的有效性也进行了验证。