压电驱动的发动机自适应叶片振动主动控制研究

图 2.2 NASA 研制的 MFC 驱动器..........................................................................8
图 3.3 FX-LMS 自适应算法原理...........................................................................40 图 4.1 柔性悬臂板有限元模型............................................................................46 图 4.2 图 4.3 图 4.4 图 4.5 图 4.6 图 4.7 图 4.9 平板叶片的前 10 阶固有频率....................................................................46 第 1 阶模态变形...........................................................................................47 第 2 阶模态变形...........................................................................................47 第 3 阶模态变形...........................................................................................47 第 4 阶模态变形...........................................................................................47 第 1 阶振型最大应力图...............................................................................47 第 3 阶振型最大应力图..........................................................................….48
关键词：灰色预测控制，自适应叶片，振动主动控制，压电智能结构， 模态分析，优化布置
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压电驱动的发动机自适应叶片振动主动控制研究
Hale Waihona Puke ABSTRACTSystematic theory and experimental investigation are carried out on active vibration control of adaptive lamina based on Smart Materials and Structures in the airplane engine applications. Grey Forecast Control algorithm is used to suppress the vibration of a plate lamina which simulates the adaptive lamina. Firstly, the basic principles of piezoelectric materials are introduced. Secondly, by D-optimization method and ANSYS mode analysis, the proper arrangement of piezoelectric sensors and actuators is determined. Thirdly, based on Grey System, a new algorithm——Grey Forecast Control algorithm is established and gfc.c is programmed by ANSI C in Turbo C2.0. Fourthly, by theoretical calculation and experimental measure, the characteristics of the plate lamina are acquired. Finally, experiments for plate lamina using GFC are carried out, and the results show that the designed system can control very well not only the vibration of plate lamina but also the adaptive lamina. Further more, theoretical and experimental compare between GFC and FX-LMS is given.
Key words: Grey Forecast Control, Adaptive Lamina, Active Vibration Control, Piezoelectric Intelligent Structure, Mode Analysis, Location Optimization
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承诺书
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图 4.8 第 2 阶振型最大应力图..............................................................................47
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南京航空航天大学硕士学位论文
图 4.10 图 4.11 图 4.12 图 4.13 图 5.1 图 5.2 图 5.3 图 5.4 图 5.5 图 5.6 图 5.7 图 5.8 图 5.9 图 5.10 图 5.11 图 5.12 图 5.13 图 5.14 图 5.15 图 5.16
将结构形状的自适应技术用于叶片结构形成自适应智能复合材料叶片将使叶片具有振动自适应控制将大大改善和提高风扇或压气机的压缩效率和发动机的工作品质增大飞机的飞行范围和机动飞行能力对于提高战机的作战性能和任务品质推进国防与国
南京航空航天大学 硕士学位论文 压电驱动的发动机自适应叶片振动主动控制研究 姓名：冯飞 申请学位级别：硕士 专业：测试计量技术及仪器 指导教师：陈仁文 20051201
第 4 阶振型最大应力图..........................................................................48 平板叶片振动控制系统示意图..............................................................49 灰色预测控制程序总体框图..................................................................54 中断处理程序流程如图..........................................................................55 一阶弯曲未控时域信号............................................................................57 一阶弯曲已控时域信号............................................................................57 一阶弯曲未控频域信号............................................................................57 一阶弯曲已控频域信号............................................................................57 二阶弯曲未控时域信号............................................................................57 二阶弯曲已控时域信号............................................................................57 二阶弯曲未控频域信号............................................................................58 二阶弯曲已控频域信号............................................................................58 一阶扭转未控时域信号............................................................................59 一阶扭转已控时域信号............................................................................59 一阶扭转未控频域信号............................................................................59 一阶扭转已控频域信号............................................................................59 二阶扭转未控时域信号............................................................................59 二阶扭转已控时域信号............................................................................59 二阶扭转未控频域信号............................................................................60 二阶扭转已控频域信号............................................................................60
南京航空航天大学硕士学位论文
摘
要
本文对应用于飞机发动机的基于压电智能结构的自适应叶片振动主动控制 技术进行了系统的理论分析和实验研究。以一套模拟该叶片的环氧树脂悬臂板 （平板叶片）为研究对象，利用压电智能结构，采用全新的灰色预测控制算法 GFC，对平板叶片存在的弯曲模态和扭转模态振动进行单频主动控制。 首先研究了压电材料的基本特性， 介绍了最常用的压电传感器和驱动器。 其 次讨论了传感器和驱动器优化布置的D优化准则， 优化了压电自适应结构中传感 器和驱动器的布置方案，运用ANSYS对自适应风扇叶片进行模态分析，从而确 定了传感器/驱动器的优化布置方案。接着介绍了灰色系统理论及其基本原理， 提出了灰色预测控制算法GFC， 并编写了该算法的控制程序gfc.c。 然后对模拟自 适应风扇叶片的平板叶片，运用理论计算和实验测量两种方法确定了该叶片的 模态参数，由此确定了合理的压电传感器和驱动器布置方案。最后建立了基于 计算机的振动控制实验系统， 运用灰色预测控制算法GFC， 对分布有压电传感器 和驱动器的平板叶片前两阶弯曲和前两阶扭转模态进行了单频控制，并对实验 效果进行了分析。除此之外，还将GFC和自适应滤波算法FX-LMS进行了理论比 较和实验比较。
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压电驱动的发动机自适应叶片振动主动控制研究
图清单
图 2.1 图 2.3 图 2.4 图 2.5 图 2.6 图 2.7 图 2.8 图 2.9 图 2.10 图 2.11 图 2.12 图 2.13 图 2.14 图 3.1 图 3.2 压电效应.....................…...............................................................................7 自适应叶片几何模型...................................................................................15 自适应叶片有限元模型..............................................................................16 自适应叶片模态分析结果..........................................................................18 自适应叶片的前 10 阶固有频率................................................................18 第 1 阶模态变形..........................................................................................20 第 2 阶模态变形..........................................................................................20 第 3 阶模态变形..........................................................................................20 第 4 阶模态变形........................................................................................20 第 1 阶振型最大应力图............................................................................21 第 2 阶振型最大应力图............................................................................21 第 3 阶振型最大应力图............................................................................21 第 4 阶振型最大应力图............................................................................21 灰色预测控制算法的流程图......................................................................34 选取 c 值的流程图.......................................................................................36