学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

智能柔性结构建模及控制研究

作　者: 叶春德
导　师: 邱志成
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 压电智能柔性结构 有限元建模 模态分析 神经网络控制 振动控制
分类号: V214
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 93次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随着航天事业的飞速发展,柔性结构在航天飞行器中的应用越来越广泛,如太阳能帆板。这种结构在外部干扰或航天器调整姿态激励的作用下,很容易引发振动问题。由于这类柔性结构的模态阻尼小、振动模态频率低,太空中无空气阻尼等因素,因此,航天器柔性结构的振动将会持续相当长的时间。如果不对振动进行有效的抑制,将会影响飞行器的指向精度及其上面精密仪器的正常工作,亦会引起部件的疲劳和损伤,甚至对飞行器主体结构造成破坏。因此,对这些柔性结构的振动控制问题已越来越为人们所重视,为保证其工作稳定性,必须使它们具有自适应性和主动控制能力。本文针对柔性结构振动的控制问题展开研究,以压电柔性悬臂梁和压电柔性悬臂板为研究对象,进行智能柔性结构的建模和振动主动控制研究。主要研究工作包括:有限元理论建模、ANSYS分析、基于BP神经网络算法的PID控制的数值仿真分析、压电智能柔性梁结构的振动主动控制实验研究。具体包括:首先,根据有限元理论和Hamilton原理,建立相应的压电柔性悬臂梁和压电柔性悬臂板的有限元运动方程。其次,利用ANSYS软件对几种不同边界等条件下的柔性悬臂梁和柔性悬臂板模型进行了模态分析,获得了相应模型的前几阶模态曲面及其模态频率。然后,将前面建立的压电柔性梁有限元模型,转化成标准状态空间方程的形式,通过编写BP神经网络算法的PID控制程序,进行振动控制的数值仿真研究。最后,为了进一步验证前面建立的有限元模型的合理性以及基于BP神经网络的PID控制算法对振动控制的有效性,在压电智能柔性悬臂梁的振动主动控制实验平台上进行实验研究。实验结果表明,系统在外界激励作用下,采用的控制方法可以快速、有效地抑制振动,并且验证了前面理论分析的可行性。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 课题的来源  11
  1.2 课题研究的背景和意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-18
    1.3.1 智能结构的研究现状  12-14
    1.3.2 智能结构建模的研究现状  14-16
    1.3.3 智能结构控制的研究现状  16-18
  1.4 本文的主要内容  18-19
第二章 压电智能柔性结构的有限元建模  19-38
  2.1 压电悬臂梁有限元建模  19-31
    2.1.1 形函数的构造  20-22
    2.1.2 Hamilton 原理推导梁单元有限元方程  22-26
    2.1.3 压电梁单元模型  26-29
    2.1.4 整体有限元方程的组装  29-31
  2.2 压电悬臂板有限元建模  31-37
    2.2.1 应力σ与应变ε的关系  31-33
    2.2.2 四节点板单元分析  33-35
    2.2.3 压电板单元模型  35-37
  2.3 本章小结  37-38
第三章 基于ANSYS 的有限元分析  38-57
  3.1 ANSYS 介绍  38-39
  3.2 模态分析理论  39-41
  3.3 柔性悬臂梁的模态分析  41-47
    3.3.1 柔性悬臂梁模态分析  42-44
    3.3.2 压电柔性悬臂梁模态分析  44-47
  3.4 柔性悬臂板的模态分析  47-56
    3.4.1 柔性悬臂板模态分析  47-49
    3.4.2 带加速度传感器的压电柔性悬臂板模态分析  49-53
    3.4.3 铰链联接的柔性悬臂板模态分析  53-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章 振动主动控制MATLAB 仿真  57-73
  4.1 智能柔性结构的状态空间方程  57-60
  4.2 振动主动控制系统  60-62
  4.3 控制算法  62-68
    4.3.1 常规PID 控制算法  62-63
    4.3.2 基于BP 神经网络的PID 控制算法  63-68
  4.4 振动控制仿真  68-71
  4.5 本章小结  71-73
第五章 振动主动控制实验研究  73-81
  5.1 振动控制系统硬件  73-75
  5.2 振动控制系统软件  75-77
  5.3 实验结果与分析  77-80
  5.4 本章小结  80-81
总结与展望  81-83
  全文工作总结  81-82
  今后的研究方向与展望  82-83
参考文献  83-90
攻读硕士学位期间取得的研究成果  90-91
致谢  91

相似论文

  1. 压电驱动微工作台的控制与校正技术研究,TP273
  2. 某武器检测装置的控制系统设计,TP183
  3. 拖拉机驾驶室的有限元分析及优化设计,S219.02
  4. 某重型车驱动桥壳的静动态特性分析与评价,U463.218.5
  5. 新型滚动直线导轨副箝制器的设计与研究,TG659
  6. 输电塔塔架极限载荷及动力学分析,TM753
  7. 磁致伸缩负刚度阻尼器设计研究,TU311.3
  8. 结构振动的逆系统预测控制,TU311.3
  9. 46D混凝土泵车臂架振动实验分析及管道应力计算,TU646
  10. 填充墙影响下底层薄弱框架结构抗震性能研究,TU352.11
  11. 并联式六维地震模拟振动台的设计与研究,TH762.2
  12. 车载式不压井修井机井架设计及特性分析,TE935
  13. 直驱式A/C轴双摆角铣头结构分析与性能检测,TG547
  14. 直驱式A/C轴双摆角数控万能铣头结构有限元分析,TG547
  15. 汽车发动机悬置系统隔振性能研究,U464
  16. 基于有限元分析的中型卡车车架改进设计及其试验研究,U463.32
  17. 大跨度钢拱结构抗震性能研究,TU352.11
  18. 安装中央制动器的变速器后壳体改进、仿真与试验研究,U463.212
  19. 板结构振动声辐射的声功率模态分析研究,U661.44
  20. 片基带指形接头数控冲床的设计及研究,TG385.1
  21. 含裂缝沥青路面结构有限元分析,U416.217

中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 基础理论及试验 > 航空器结构力学
© 2012 www.xueweilunwen.com