一种压电智能结构的颤振主动控制研究

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压电智能结构的气动弹性主动控制是当前国际上气动弹性领域内的研究热点之一。本文以压电智能复合材料盒型机翼为研究对象,对气动弹性主动控制系统的结构特性以及开闭环颤振特性进行了较为深入地分析。对压电智能复合材料盒型机翼结构,按照经典层合板理论,采用20个位移自由度和8个电自由度的四边形板单元,利用Hamilton变分原理,详细推导了压电智能复合材料盒型机翼的有限元运动方程,并通过算例验证本文有限元程序是可行的。利用偶极格子网法计算空气动力影响系数矩阵,利用子空间法将空气动力影响系数矩阵拟合成时域有理函数形式,建立了压电智能复合材料盒型机翼的状态空间颤振方程。依次利用模态截断法、最小实现、平衡降阶法对系统方程进行了降阶处理。以提高颤振速度为目标,利用H∞控制理论对于降阶后的系统方程求解出能抑制外界干扰力的动态输出反馈控制器,并与降阶后的状态空间方程相结合,形成闭环控制系统。最后,对建立单输入单输出系统和多输入多输出系统模型等多种情况进行了理论分析。讨论了压电片的放置位置对颤振速度的影响。计算结果表明,通过主动控制律的实施,达到了颤振主动抑制的目的。
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