薄板结构的压电主动抑振研究

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薄板是整车中普遍存在的结构形式。薄板结构易于振动,对车室内的NVH性能影响尤为突出。除了传统的结构优化和铺设阻尼材料,压电主动控制是一种新兴的抑振手段。压电材料特有的正逆压电效应,使其既能制成感应结构振动的传感器,又可制成抑制结构振动的作动器。对于车门和顶棚之类的薄板结构,通常将压电材料制作成薄片形式,通过将其粘贴在薄板表面形成压电层合结构。本文基于Matlab编程对压电层合结构进行建模和动力学仿真,并通过相应实验验证仿真程序的可靠性,进一步利用仿真程序,研究基于遗传算法参数整定的PID控制对压电层合结构实施多模态抑振的可行性。论文的主要研究内容有:首先根据压电层合结构的物理特性,结合有限元方法和Hamilton原理建立了结构的动力学微分方程,并运用Matlab编制了相应的动力学仿真程序。以一个悬臂梁为算例,利用仿真程序对其进行模态分析,并进行相应的模态实验对仿真结果进行验证。随后建立了对压电层合结构实施PID主动控制时的等效动力学微分方程,将其表达为状态空间形式以便于Matlab求解,并编制了相应的仿真程序。同样以之前的悬臂梁为算例,基于单元模态应变能最大准则确定压电片的布置位置,对压电悬臂梁进行未控制/P控制下的自由振动衰减仿真和实验,通过对仿真和实验结果的对比分析证明仿真程序具有一定的可靠性。最后利用仿真程序对一四边固支的压电层合板进行了PID控制下多模态抑振的研究。通过动力学分析将其一、二阶模态设置为待控模态,根据模态分析结果确定压电片位置并将压电片分为4组,每一组具有独立的PID控制参数。编制遗传算法完成对4组PID控制参数的整定,得到参数整定后的控制响应,并与未控制时的响应进行了对比分析和讨论。
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