智能结构与主动控制概论
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➢主动控制技术虽然可以在一定程度上改善结构的 适应能力和工作性能，但需要在原结构上附加一 些传感器和作动器，增加了结构系统的重量，再 加上主动控制系统往往过于庞大和复杂，可靠性 低，因此使得传统主动控制技术在空间结构振动 控制的实际应用中受到一定限制。
School of Aeronautical Science and Engineering, BUAA
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2 智能材料和智能结构概论的提出
20世纪50年代，人们提出了智能结构的概论，当时 把它称为自适应系统(adaptive system)。在智能结 构的发展过程中，人们越来越意识到智能结构的实 现离不开智能材料的研究和发展。
表1 典型智能材料及其功能
材料名称
传感器
作动器
电感材料
√
电流变体
√
光导纤维
√
压电材料
√
√
X感光材料
√
声发射材料
√
电致伸缩材料
√
磁致伸缩材料
√百度文库
√
形状记忆合金
√
√
电阻应变材料
√
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温度 电场
压力 磁场
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智能结构
(1) 智能结构是以智能材料作为传感元件和作动元件， 具有感识外界和内部状态与特性的变化，并能对这 些变化的具体特征和原因进行辩识，进而采取相应 的控制律，做出合理响应的一类结构称之为智能结 构。
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材料成为时代标志的示意图
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智能结构
要提高这种复杂的，非线性的系统性能，为此结构 设计必须另谋出路。
近十几年来，随着材料科学、控制、微电子和计算 机技术的迅速发展，特别是新型传感器和作动器的 研究取得突破性进展，在结构控制设计中不断采用 新型传感材料和作动材料集成于结构中，替代了传 统的传感器和作动器在结构控制中所起的作用，逐 步形成了传感、作动元件、控制器与主体结构集成 的一体化结构形式，促进结构设计中新技术的发展 ，产生了智能结构的概念
1991年，欧洲在英国成立了智能材料与结构研究 所
我国于1991年起开展这方面的工作，1993年起， 国家自然科学基金和航空基金等将其列入研究计 划。
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4 智能材料及智能结构概述
智能材料
(1)智能材料要求材料集感知、驱动和信息处理于一体， 从而形成类似生物材料那样具有智能属性的材料， 因而人们习惯称之为intelligent material或smart material。
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3 国内外研究的开展
1984年，美国陆军科研局就旋翼飞行器技术的研究给 予赞助，揭开了智能材料与结构应用研究的序幕；
1985年起，美国政府提出了开展智能结构的研究计划， 要求航天器具有自适应性；
智能结构与主动控制
赵寿根
School of Aeronautical Science and Engineering, BUAA
1引 言
材料技术是人类进步的里程碑，是各个历史时期技 术革命的重要支柱，甚至成为时代的标志。
历史的发展表明每一种新材料的诞生往往会推动社 会的发生巨大的变革
随着社会经济的高速发展和高新技术的广泛应用， 对材料应用范围、使用条件的复杂性和安全可靠性 提出了越来越高要求。如航空航天技术的飞速发展。
1987年起，美国空军将智能结构的研究列如重点资助 目录；
1988年后，美国各大学和航天航空机构的公司、研究 所均大量展开智能材料与结构的研究工作。
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国内外研究的开展(续)
继美国之后，日本、英国、德国、澳大利亚和韩 国等相继投入人力、物力、财力开展智能材料结 构的研究工作，并创建了《智能材料系统与结 构》、《机敏材料与结构》等学术期刊；
智能结构是20世纪八十年代中期由美国军方率先 提出并进行研究的，世界各工业发达国家，尤其 是军方和航空界对此一直十分重视。
一九八八年四月二十八日波音737客机在美国出 现灾难性断裂事故，使美国国会意识到，为避免 服役中的飞机发生类似事故，飞机应有自我诊断 和及时预报系统，并通过议案，要求3年内完成 Smart飞机的概念设计。
温度 声
位置 光辐射
速度 化学辐射
环
加速度 生物环境
境 反
机械响应 流体运动
应
电流流动
物理性能
功率控制
化学行为
生理行为
智能材料的感知和执行功能
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智能结构
➢传统的结构是一种被动结构，这种被动结构一经 设计、制造完成后，其性能不易改变，不能适应 不断发展的空间结构的要求。
(2)主要特性体现在两个方面：一是对外界的刺激强度 具有感知的材料，称为感知材料，用它可以做成各 种传感器；二是对外界环境条件(或内部状态)作出 响应或驱动的材料，用它可以做成驱动器(或执行 器)。
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20世纪七十年代，美国弗吉尼亚理工学院及州立大 学的Claus等人将光纤埋入炭纤维增强复合材料中， 使材料具有感知应力和断裂损伤的能力。这是智能 材料的首次实验，当时称这种材料系统为自适应材 料。
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2 智能材料和智能结构概论的提出
20世纪50年代，人们提出了智能结构的概论，当时 把它称为自适应系统(adaptive system)。在智能结 构的发展过程中，人们越来越意识到智能结构的实 现离不开智能材料的研究和发展。
表1 典型智能材料及其功能
材料名称
传感器
作动器
电感材料
√
电流变体
√
光导纤维
√
压电材料
√
√
X感光材料
√
声发射材料
√
电致伸缩材料
√
磁致伸缩材料
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形状记忆合金
√
√
电阻应变材料
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智能结构
(1) 智能结构是以智能材料作为传感元件和作动元件， 具有感识外界和内部状态与特性的变化，并能对这 些变化的具体特征和原因进行辩识，进而采取相应 的控制律，做出合理响应的一类结构称之为智能结 构。
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智能结构
要提高这种复杂的，非线性的系统性能，为此结构 设计必须另谋出路。
近十几年来，随着材料科学、控制、微电子和计算 机技术的迅速发展，特别是新型传感器和作动器的 研究取得突破性进展，在结构控制设计中不断采用 新型传感材料和作动材料集成于结构中，替代了传 统的传感器和作动器在结构控制中所起的作用，逐 步形成了传感、作动元件、控制器与主体结构集成 的一体化结构形式，促进结构设计中新技术的发展 ，产生了智能结构的概念
1991年，欧洲在英国成立了智能材料与结构研究 所
我国于1991年起开展这方面的工作，1993年起， 国家自然科学基金和航空基金等将其列入研究计 划。
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4 智能材料及智能结构概述
智能材料
(1)智能材料要求材料集感知、驱动和信息处理于一体， 从而形成类似生物材料那样具有智能属性的材料， 因而人们习惯称之为intelligent material或smart material。
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3 国内外研究的开展
1984年，美国陆军科研局就旋翼飞行器技术的研究给 予赞助，揭开了智能材料与结构应用研究的序幕；
1985年起，美国政府提出了开展智能结构的研究计划， 要求航天器具有自适应性；
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赵寿根
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1引 言
材料技术是人类进步的里程碑，是各个历史时期技 术革命的重要支柱，甚至成为时代的标志。
历史的发展表明每一种新材料的诞生往往会推动社 会的发生巨大的变革
随着社会经济的高速发展和高新技术的广泛应用， 对材料应用范围、使用条件的复杂性和安全可靠性 提出了越来越高要求。如航空航天技术的飞速发展。
1987年起，美国空军将智能结构的研究列如重点资助 目录；
1988年后，美国各大学和航天航空机构的公司、研究 所均大量展开智能材料与结构的研究工作。
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国内外研究的开展(续)
继美国之后，日本、英国、德国、澳大利亚和韩 国等相继投入人力、物力、财力开展智能材料结 构的研究工作，并创建了《智能材料系统与结 构》、《机敏材料与结构》等学术期刊；
智能结构是20世纪八十年代中期由美国军方率先 提出并进行研究的，世界各工业发达国家，尤其 是军方和航空界对此一直十分重视。
一九八八年四月二十八日波音737客机在美国出 现灾难性断裂事故，使美国国会意识到，为避免 服役中的飞机发生类似事故，飞机应有自我诊断 和及时预报系统，并通过议案，要求3年内完成 Smart飞机的概念设计。
温度 声
位置 光辐射
速度 化学辐射
环
加速度 生物环境
境 反
机械响应 流体运动
应
电流流动
物理性能
功率控制
化学行为
生理行为
智能材料的感知和执行功能
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智能结构
➢传统的结构是一种被动结构，这种被动结构一经 设计、制造完成后，其性能不易改变，不能适应 不断发展的空间结构的要求。
(2)主要特性体现在两个方面：一是对外界的刺激强度 具有感知的材料，称为感知材料，用它可以做成各 种传感器；二是对外界环境条件(或内部状态)作出 响应或驱动的材料，用它可以做成驱动器(或执行 器)。
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20世纪七十年代，美国弗吉尼亚理工学院及州立大 学的Claus等人将光纤埋入炭纤维增强复合材料中， 使材料具有感知应力和断裂损伤的能力。这是智能 材料的首次实验，当时称这种材料系统为自适应材 料。
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