压电抑振技术及其在车门振动控制中的应用研究

【摘要】汽车在行驶过程中会产生低频振动，致使汽车零部件疲劳受损，产生车体的颠簸以及噪声而影响驾乘舒适性。汽车结构中，车身薄壁结构振动对车室内NVH性能影响较大，所以有效地控制车身结构的振动成为现代汽车技术的关键问题。本文为解决车身结构抑振问题，应用了压电材料作为控制结构振动的致动器，提出了车身薄壁结构主动抑振技术的研究。压电材料具有正逆压电效应，可以将压电片作为传感器感应结构的振动响应，同时作为致动器给被控结构施加抑制力，从而控制结构振动。为了系统的研究主动压电抑振技术及其应用，本文主要从被控对象模型建立、传感器和致动器布置形式、控制方法设计、控制系统仿真和实验验证等方面进行分析。由于本文的被控对象为车身薄壁结构，具有非线性、时变性的特点，而且实际控制系统结构复杂，为方便研究而将其简化为矩形薄板结构。在建立其数学模型时，既要考虑模型的精确性，又要考虑仿真分析的实用性、可行性，所以本文首先应用四边固支矩形薄板理论以及压电理论，建立了压电矩形薄板的状态空间方程，在忽略了一些外部干扰因素的条件下进行仿真，主要是为了研究薄壁结构的振动规律及控制算法的调试。为了得到整个系统精确的数学模型，应用了神经网络理论建立系统的神经网络模型。压电抑振技术与传统的抑振技术相比，主要优势是压电材料附加质量小、布置形式多样，能够用少量的压电片控制结构振动，故研究压电传感器/致动器的布置形式就成为压电抑振技术的关键问题。本文应用模态应变能理论作为传感器/致动器布置形式的依据，对车身结构的有限元模型进行模态分析，按其最大应变能的分布区域设计致动器形状、尺寸及位置。然后应用概率有限元技术中的灵敏度分析方法，验证了该设计的可靠性。主动压电抑振技术的核心部分是控制算法的研究，本文应用了经典PID、神经PID和模糊控制三种控制算法，分别分析了其算法设计、参数调节等方面，并在matlab/simulink软件中进行了仿真分析，将抑振结果进行了对比分析，总结了每种算法的特点、适用性及应用规律。在数值仿真中，对每种传感器/致动器布置形式进行了仿真实验，得出抑振效果较好的布置形式。为了检测控制系统的稳定性、鲁棒性，还应用了多种激励信号及扰动信号对系统进行测试。最后，对传感器/致动器的布置、控制算法设计及车门外板实物进行了实验验证。本文以LabVIEW软件为平台，设计了多通道输入输出的振动控制测试系统。实验结果表明，应用模糊控制及文中设计的传感器/致动器布置形式对车身薄壁结构起到了一定的抑振作用。
【作者】韩也；
【导师】沈传亮；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】主动压电抑振；车身薄壁结构；致动器布置；数值仿真；实验分析；

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