曲壳的弯曲与扭转振动主动控制试验研究

【作者】 张蒙； 张亚红； 张帅； 罗亚军； 张希农；

【机构】 西安交通大学航天航空学院/机械结构强度与振动国家重点实验室；

【摘要】 轻质复合材料制成的曲壳结构在航天空间结构中应用广泛。这类结构质量轻、阻尼小的特点导致结构极易发生振动,而且振动衰减缓慢,较小的扰动就能导致结构较长时间的的振动。此外,由于结构质量的增加受到严格的控制,因此采用被动方式的振动控制应用受限。主动控制技术根据实时反馈对结构振动进行控制,灵活、高效,能够在不同的环境下获得满意的控制效果。压电材料具有结构紧凑、体积小、能耗低等特点,适合用于该类结构的振动控制。传统PD控制算法在结构振动控制中,如果增益设置不合适,极易出现模态溢出,造成控制系统的发散,为此本文设计一种模糊PD控制器,利用模糊控制对复杂系统的适应性来提高控制系统的稳定性和控制效率。本文针对一端固支的复合材料的曲壳结构,考虑其弯曲振动和扭转振动,采用粗压电纤维复合材料(MFC)作为作动器,设计模糊PD控制算法对结构进行振动主动控制实验研究,并对比模糊PD控制和PD控制效果。试验最大电压为300V,试验结果表明采用模糊PD控制算法,曲壳的弯曲振动一阶振幅下降53.5%,二阶振幅下降31.4%;采用PD控制算法时,弯曲振动一阶振幅下降34.8%,二阶下降21.4%。采用模糊PD控制算法,曲壳的扭转振动一阶振幅下降47.8%,二阶振幅下降51.5%;采用PD控制算法时,扭转振动一阶振幅下降34.5%,二阶下降45.4%。控制试验结果表明模糊PD算法优于PD算法。更多还原