压电智能结构建模与实验技术研究

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捷联惯导系统直接与载体固连,在其工作状态下,系统受到外界激励的影响产生振动并将这种信号直接传递给惯性仪表和捷联系统从而引起动态误差,严重影响了惯导系统导航制导的精度。为了充分发挥捷联惯导系统的优势,将智能结构引入惯导系统振动主动控制中,开展基于智能结构的惯导系统振动主动控制技术研究,而智能结构振动主动控制的首要工作是建立能够真实反映结构特性的动力学模型,在结构精确建模的基础上,即可根据外界环境的变化自适应地调节系统的动态性能,从而实现捷联惯导系统振动主动控制。因此,建立智能结构的动力学模型,是实现捷联惯导系统振动主动控制的重要环节,对于抑制外界激励,提高惯导系统的抗干扰能力等后续工作具有十分重要的意义。本文在分析捷联惯导系统应用环境的基础上,首先设计了适用于惯导系统主动减振的压电智能基座结构及其硬件测试系统。然后根据有限元理论完成了智能基座结构单元的形函数、单元刚度矩阵和质量矩阵的推导,结合Hamilton原理,建立了压电智能基座结构单元及系统整体的有限元动力方程,并对该有限元高阶模型进行了降阶处理。在理论建模的基础上,完成了结构的计算模态分析,获得系统的各阶模态频率、相关振型及时域和频域动力响应特性,并利用ANSYS软件对压电智能基座结构进行模态分析和谐响应分析。最后,搭建了压电智能基座结构实验测试平台,完成了各项实验研究,结果表明,压电智能基座结构的各项特性满足设计要求,同时验证了本文有限元理论模型的合理性和有效性。
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