【摘要】：加筋板結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的機械性能和物理特性,以及很好的經(jīng)濟性,被廣泛應(yīng)用于航空、機械加工和船舶等眾多工業(yè)制造與加工領(lǐng)域。然而加筋板結(jié)構(gòu)在受到外界的擾動或者激勵時,自身會產(chǎn)生受迫振動,將影響加筋板以及整體結(jié)構(gòu)的正常運行,在受迫振動較小的時候會影響結(jié)構(gòu)的使用壽命;當(dāng)受迫振動劇烈時候甚至?xí)䦟?dǎo)致安全問題。所以,對加筋板相關(guān)機構(gòu)的振動情況研究以及振動控制分析至關(guān)重要。對于加筋板的振動分析已經(jīng)獲得了豐碩成果,然而滑模變結(jié)構(gòu)控制中存在的“抖振”和振動衰減時間過長,以及壓電片同位配置的局部應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)致振動控制效果不佳的問題需要解決。本文以加筋板作為研究和分析的對象,利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)將其作為傳感器和作動器,進一步的對粘有壓電陶瓷片的加筋板振動控制系統(tǒng)進行動力學(xué)建模、相關(guān)振動模態(tài)參數(shù)識別、分析基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法、改進冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法和提出基于局部應(yīng)變補償方案的改進冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)算法,對加筋板振動控制系統(tǒng)的振動主動控制理論和實驗的研究。主要論文內(nèi)容如下:第二章闡述了并分析壓電元件的正反壓電效應(yīng)和工作原理,最終根據(jù)機械振動基本理論建立了加筋板振動控制系統(tǒng)的機電耦合振動模型及其狀態(tài)空間方程,以便下文對基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)振動主動控制仿真和實驗做準(zhǔn)備。第三章分析并推導(dǎo)了基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的基本原理,結(jié)合加筋板振動控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程,進一步推導(dǎo)控制算法的控制律表達式以及相關(guān)參數(shù)的計算式。然后通過ANSYS-Workbench模塊的模態(tài)分析功能對加筋板振動控制系統(tǒng)進行初步確定相關(guān)模態(tài)參數(shù);再由正弦掃頻試驗方法確定加筋板振動控制系統(tǒng)的實際模態(tài)參數(shù);最后運用MATLAB-Simulink仿真系統(tǒng),進行基于冪次趨近滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對加筋板振動控制系統(tǒng)的振動主動控制的仿真與分析,確定最優(yōu)的控制參數(shù)。參照仿真的相關(guān)數(shù)據(jù),基于NI公司的CompactRIO實時控制器,搭建加筋板振動控制系統(tǒng)的振動主動控制實驗平臺;結(jié)合LabVIEW虛擬儀器對CompactRIO實時控制器進行編程,以實現(xiàn)基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對加筋板振動控制系統(tǒng)的振動主動控制;最終通過實驗結(jié)果來驗證控制算法的可行性,并分析在振動主動控制實驗過程存在的相關(guān)問題。第四章通過基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對加筋板的振動控制實驗分析,存在“抖振”和振動衰減時間過長問題,分析算法的不足之處,并最終基于以上的問題提出改進冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法,主要是構(gòu)建了改進冪次系數(shù)a;然后運用MATLAB-Simulink控制與仿真系統(tǒng)編寫基于改進冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)算法對加筋板振動主動控制實驗的仿真程序,進行振動主動控制的仿真分析。最后參考仿真的相關(guān)參數(shù),結(jié)合CompacrRIO實時控制器實現(xiàn)基于改進冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對加筋板進行振動主動控制實驗,分析實驗結(jié)果,驗證該算法的可行性。第五章通過實際實驗分析得知,由于局部效應(yīng)的存在,導(dǎo)致控制實驗過程中的振動信號不是單純的彎曲應(yīng)變,區(qū)別于加筋板機電耦合振動系統(tǒng)模型的厚度方向的應(yīng)變;針對此問題提出基于局部應(yīng)變補償方案,最后基于局部應(yīng)變補償改進冪次滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對加筋板進行振動主動控制實驗,驗證此方案的可行性。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH113.1

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本文編號：2801053