非线性压电智能复合结构振动主动控制的理论与试验研究

本项目对压电复合材料力、电等多场耦合关系展开试验研究，建立压电复合材料多轴力电耦合本构模型；在此基础上建立非线性压电智能复合结构机-电耦合动力学方程，提出适用于非线性压电智能复合结构的模型降阶方法，得到非线性连续参数系统的降阶模型；提出非线性压电智能复合结构中传感器/作动器优化配置准则，并采用粒子群算法得到传感器/作动器的优化布置方式；分析非线性压电智能复合结构非线性动力学特性以及各种影响因素，研究非线性系统稳定性及控制性能对控制参数和环境参数变化的敏感性,结合模糊控制与神经网络方法，研制适用于含不确定性结构系统的鲁棒控制算法。在理论研究的基础上，开展粘贴压电复合材料飞机机翼模型振动主动控制试验研究，验证本项目理论方法的正确性及其工程应用的可靠性。项目的完成，将建立起一套压电复合材料结构振动控制理论和技术，并促进电磁固体力学及振动控制理论的发展，也为工程结构的振动控制提供一种新的技术。

通过对本项目的研究，我们取得如下研究成果：1）开展了压电复合材料力-电耦合特性试验研究，在试验研究的基础上，建立了两种描述压电复合材料力-电耦合特性的力学模型，分别为Bouc-Wen模型和动态Preisach模型，Bouc-Wen模型可以较好描述压电复合材料拟静态力-电耦合特性，动态Preisach模型可较好描述压电复合材料动态力-电耦合特性，采用遗传算法识别了模型中的待定参数，通过对试验结果与模型预测结果的对比分析，验证了本项目所提模型的精确性。2）建立了非线性压电智能复合柔性梁力-电耦合动力学方程，分析了模型的非线性动力学行为，采用非线性Galerkin方法对所得非线性动力学方程进行了模型降阶研究，得到了连续参数系统的降阶模型，通过对比分析降阶前后非线性系统的非线性动力学行为，验证了本项目模型降阶方法的可靠性。3）研究了压电复合结构传感器、作动器优化配置，建立了传感器、作动器优化配置准则及优化算法，构造了满足优化条件的适应度函数，提出一种基于改进粒子群算法赴传感器、作动器优化布置方法，编制相关程序，分析得到压电智能复合梁结构系统传感器、作动器的优化布置方式。4）结合遗传算法和模糊逻辑控制方法，设计了具有良好鲁棒性的振动主动控制方法，提出了含时滞系统的控制方法；开展了粘贴压电复合材料悬臂梁振动主动控制试验研究，通过对试验结果和数值分析结果的对比，验证了本项目所提控制方法的有效性。本项目的完成，促进了电磁固体力学及振动控制理论的发展，为工程结构的振动控制提供了一种新的技术。