壓電懸臂梁智能元數字仿真模型設計及分析

王 雷 任秉銀

(哈爾濱工業大學機電工程學院，哈爾濱 150001)

鄒鴻生

(浙江大學航空航天學院，杭州 310027)

柔性薄壁結構是航空航天領域重要的發展方向，近年來國內外學者對以壓電材料作為傳感器及作動器的智能結構系統的振動控制問題進行了大量的研究工作［1－5］.

智能結構系統的物理模型實驗測試過程中很難改變智能材料的尺寸及布置位置;材料的粘合水平及測試精度甚至環境噪聲都會影響實驗結果;此外經過反復的實驗測試后模型會有一定程度的疲勞破壞:故對其進行仿真是必要的.

智能結構系統的建模及仿真大體有4種方法:①有限元軟件仿真;②Matlab軟件仿真;③模擬電路仿真;④數字電路仿真.

文獻［6］用有限元軟件對分布式壓電懸臂梁和板結構系統建模并研究最大控制力問題;雖然該方法具有諸多優點，但隨著結構越復雜以及劃分單元越多，動態分析計算時間過長.文獻［7］基于剪應變理論對壓電層合梁利用Matlab軟件進行振動響應分析;Matlab法的缺點是很難建立復雜的仿真模型.文獻［8］利用有限差分方法對壓電智能梁以及板結構系統的PZT(鋯鈦酸鉛)壓電陶瓷激勵器進行模擬電路仿真.文獻［9－10］對壓電智能控制下的懸臂梁動力學系統采用有限差分方法進行模擬電路化仿真并進行位移反饋和速度負反饋控制測試.模擬電路同樣難以構建復雜模型，并且模擬電路元件存在零漂、響應速度低等缺點，放大倍數有限，限制了振動控制仿真……