基于柔性铰链的压电作动器优化设计及实验研究

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1、万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要大型空间结构展开锁定后尺度大、频率低，由于没有大气阻尼，

2、一旦发生振动很难短时间内衰减，需要对其进行振动控制。压电作动器体积小、输出力大，在空间结构振动控制方面受到广泛关注。本文采用理论分析、有限元仿真、实验研究相结合的方法，研究适用于空间索网式结构振动控制的新型压电作动器。论文主要工作如下。首先，根据第一类压电方程研究了压电陶瓷块和压电叠堆的位移特性，建立了压电叠堆的电学等效模型；分析了几种柔性铰链机构的传动原理，给出了相应的位移输出放大系数，推导了柔性铰链转角柔度的表达式。接着，设计了一种对称二级杠杆式柔性铰链微位移放大机构，建立了结构的参数化有限元模型，利用遗传算法结合MATLAB

3、-ANSYS联合仿真，考虑尺寸约束和应力约束条件，以位移放大系数作为适应度值对结构尺寸进行了优化。随后，在简要分析Preisach迟滞模型的基础上，利用神经网络方法对Preisach模型进行描述，提出了两种改进的后处理方法：择优选择法和加权平均法，并通过数值算例验证了这两种方法的有效性；在此基础上通过合理假设引出压电作动器的线性动态模型。然后，根据优化结果对压电作动器输入-输出动态特性进行了实验研究，得到了该压电作动器压电叠堆的迟滞主环。最后，通过弹性梁振动控制，考核了该压电作动器的振动控制效果，表明设计的压电作动器具有较好的动态

4、输出性能。本文研究了基于压电叠堆的一种压电作动放大机构的设计及其优化问题，获得了压电作动器的动态特性，通过实验验证了该放大机构的动态输出效果，为空间索网结构的振动控制提供了一种有效的作动器件。关键词：空间结构，压电叠堆，柔性铰链，放大机构，优化设计，实验本文工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I万方数据基于柔性铰链的压电作动器设计优化与实验研究ABSTRACTOncethevibrationoflargespacestructuresoccurs,itishardtoattenuateinashorttim

5、e,duetoitslargescale,lowfrequency,andsmalldamping.Thisthesispresentsanewtypeofpiezoelectricactuatorthatissuitableforthevibrationcontrolofspacecable-netstructures.Themainworkisasfollows.Firstly,thedisplacementcharacteristicsofpiezoelectricceramicblockandpiezoelectricst

6、ackarestudiedonthebasisofthefirstkindofpiezoelectricequation,andtheelectricalequivalentmodelofpiezoelectricstackisestablished.Thetransmissionprinciplesofseveralkindsofflexurehingemechanismsareanalyzed,aswellastheircorrespondingtheoreticalamplificationfactor.Therotatio

7、nflexibilityofflexurehingeisdeducedbyusingmaterialmechanicsmethod.Secondly,amicro-displacementamplifyingelementisdesignedinthree-dimensionalspace.Byitsparameterizedfiniteelementmodelinconjugationwithgeneticalgorithm,takingthestructuraldimensionsasdesignvariables,andta

8、kingthestressconstraintanddimensionconstraintintoconsideration,theoptimizedamplifyingcoefficientofdisplacementisobtainedthro