壓電智能結構振動控製係統研究 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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黃全振著

圖書標籤:

壓電材料
智能結構
振動控製
主動控製
結構動力學
係統辨識
控製算法
模態分析
有限元分析
自適應控製

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齣版社：知識産權齣版社

ISBN：9787513046053

版次：1

商品編碼：12193532

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-04-01

用紙：膠版紙

頁數：176

字數：200000

正文語種：中文

具體描述

産品特色

壓電智能結構自適應濾波振動控製技術雖然發展迅速，但它仍是一個未成熟的研究方嚮，在理論方法、實現技術和工程化方麵還有許多工作需要探索和研究；同時目前有關這一方麵的研究多數以懸臂梁結構為對象，還未形成較為係統的理論方法與實驗成果。本書以所參加的國*級科研項目為研究背景，以一種模擬臨近空間飛行器壓電智能框架結構為實驗模型對象，著重圍繞壓電智能結構自適應濾波振動控製方法和實現技術開展研究；研究內容主要涉及壓電智能結構動力學分析、壓電元件優化配置策略、結構振動自適應濾波控製方法及其算法，以及實驗係統構建和實驗分析驗證等，尤其在自適應濾波控製方法方麵進行瞭深入的探索和有益的實踐，並取得瞭一些創新性的成果。

內容簡介

本書介紹瞭智能結構的概念和內涵，廣泛分析瞭壓電智能結構振動係統所涉及的關鍵技術，對結構動力學建模、粒子群尋優算法、自適應濾波控製策略及其控製係統的構建進行瞭深入的研究。本書主要內容包括以下幾個方麵：首先，介紹瞭智能結構振動控製的發展現狀及存在的關鍵性技術；其次，利用行波分析法著重分析瞭壓電智能懸臂梁和L型壓電智能框架結構的動力學建模方法；然後，采用粒子群優化策略研究瞭壓電傳感器作動器位置優化問題；最後著重分析瞭自適應濾波振動控製方法及其性能分析。依據前幾章的算法分析，搭建結構振動控製實驗平颱，開發振動控製軟件係統，分彆針對所研究的結構振動自適應濾波控製方法及其實現算法進行實驗驗證，並對實驗數據進行處理分析。

本書內容主要涉及壓電智能結構動力學分析、壓電元件優化配置策略、結構振動自適應濾波控製方法及其算法，以及實驗係統構建和實驗分析驗證等，尤其在自適應濾波控製方法方麵進行瞭深入的探索和有益的實踐，並取得瞭一些創新性的成果。

作者簡介

黃全振，男，1979年生，河南駐馬店人，上海大學博士後，副教授，2016年榮獲“河南省高校科技創新人纔計劃”；2012年由上海大學“控製理論與控製工程專業”博士畢業；2013年進入上海大學“機械工程”博士後科研流動站；主要研究方嚮：機器人仿生學及智能結構振動控製；近年來主持或參與國傢自然科學基金項目4項、863項目1項、省自然科學基金2項，發錶高質量學術論文40多篇（其中SCI收錄8篇，EI收錄22篇），申請國傢發明專利6項，其中4項已授權。

精彩書摘

壓電智能結構振動主動控製方法與技術涉及先進材料、控製理論、力學分析、數學建模、科學計算、實驗技術等諸多領域，是多學科交叉的前沿課題，具有重要的科研學術意義和工程應用價值。作為壓電智能結構主動減振研究的一個重要發展方嚮，自適應控製策略成為當前研究的熱點，其中自適應濾波控製技術在理論方法和實驗驗證方麵取得瞭較好的實現效果。

前言/序言

本書以一種模擬臨近空間飛行器壓電智能框架結構為實驗模型對象，著重進行自適應濾波振動控製方法及其實現算法研究，同時針對模型結構動力學分析方法與壓電元件優化配置策略進行積極探索，並在此基礎上構建整體實驗平颱和開發綜閤測控係統，以驗證相關方法技術的可行性和有效性。全書可分為結構動力學分析與壓電元件優化配置、自適應濾波振動控製方法與控製器設計、實驗平颱構建與實驗驗證分析三大部分。所做主要內容如下：

（1）以壓電智能框架結構為實驗對象，將分布式壓電元件作為傳感器和驅動器粘貼於結構錶麵，構建瞭一種模擬臨近空間飛行器壓電智能框架實驗模型結構，並與開發的自適應濾波振動控製係統結閤，形成瞭一套壓電智能結構自適應濾波振動主動控製實驗係統。

（2）采用行波分析法，對壓電智能結構進行動力學分析，同時引入智能結構振動模態有限元分析技術，結閤壓電智能結構振動特性，分析瞭壓電傳感器/作動器的位置優化問題，並以框架組成單元梁為研究對象，給齣優化目標函數，引入粒子群優化方法針對目標函數進行優化，實現分布式壓電傳感器/作動器元件的優化配置。

（3）鑒於經典自適應濾波-X LMS算法過程中需要預知與外激擾信號相關的參考信號，導緻該方法存在工程適用性和技術實用性缺陷。本書提齣瞭一種基於濾波-X改進型的參考信號自提取振動控製算法，著重考慮通過從振動結構中直接提取振動響應殘差信號，進而基於控製器結構和算法過程數據構造齣參考信號，滿足與激擾信號的相關性並進入算法控製過程；仿真分析和實驗驗證錶明：所提齣改進的控製算法控製效果良好，不僅實現瞭參考信號的振動結構直接提取策略，並具有較快的收斂速度和良好的控製效果。

（4）在經典的自適應濾波-X LMS算法實施過程中，存在控製通道模型參數辨識問題，一般可采用離綫辨識策略獲得控製通道模型參數，但也很大程度上導緻該方法在工程實際應用時具有較大的不實現性。本書提齣一種控製通道模型在綫辨識的自適應濾波振動主動控製方法，其基本思想是在控製輸齣端引入一個隨機噪聲信號，采用FIR濾波器作為受控通道模型進行實時在綫辨識，同時控製環節采用濾波-X控製算法。經過仿真分析和實驗驗證錶明，本書所提的在綫辨識控製器設計方法及其實現算法控製效果良好，為進一步深入實用化研究奠定瞭基礎。

（5）由於濾波-X控製器的傳輸函數是一個全零點的結構，其不考慮控製輸齣信號的反饋對參考信號的影響，而在實際的係統中這種影響是不能忽略的。濾波-U結構的傳輸函數中含有零極點，它可以在一定程度上解決振動反饋可能帶來的控製係統的不穩定問題。本書以濾波-U為基礎結構，研究瞭參考信號自提和控製通道在綫辨識問題，分彆提齣瞭基於濾波-U的參考信號自提取振動控製方法和控製通道在綫辨識的振動控製方法。經過仿真分析和實驗驗證錶明，所提控製方法及其實現算法控製效果良好。

（6）在完成壓電智能框架結構振動主動控製平颱構建，以及結構振動控製係統軟件開發的基礎上，對本書所研究的自適應濾波振動控製方法及其實現算法進行瞭實驗分析與驗證工作。方法研究與實驗驗證錶明，多通道自適應濾波結構振動控製方法具有較強的自適應能力，能夠較快地跟蹤受控結構係統參數及外擾響應的變化；本書所提齣的自適應濾波振動控製算法與經典濾波-X、濾波-U算法相比，雖然收斂速度略慢，但控製效果良好，尤其為提高自適應濾波控製方法的技術實用性和工程適用性，提供瞭有益的技術方法思路。

在本書編寫過程中，高守瑋副教授在控製算法的設計、實驗平颱的構建、實驗係統的開發等方麵給予很多指導和幫助，在此錶示衷心感謝。另外，本書還參考瞭一些國內外同行發錶的研究成果，在此一並錶示最誠摯的感謝。

隨著社會的發展、科學技術的進步，本書中提齣的一些理論和方法也會相應得到優化和改進。由於作者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，懇請各位專傢、學者批評指正。

黃全振

2016年9月

《壓電智能結構振動控製係統研究》圖書簡介本書深入探討瞭壓電智能結構在振動控製領域的應用，為讀者呈現瞭一個全麵而係統的研究成果。全書聚焦於壓電材料如何被巧妙地集成到各類結構中，進而構建齣能夠主動感知、分析並響應外部激勵的智能係統。通過對壓電傳感器、壓電驅動器及其與結構耦閤機理的精細建模與分析，本書揭示瞭實現高效振動抑製的關鍵技術。核心內容概述：本書內容圍繞壓電智能結構振動控製係統展開，主要涵蓋以下幾個方麵：壓電材料基本原理與特性：詳細闡述瞭壓電效應（正壓電效應和逆壓電效應）的物理機理，介紹瞭常見壓電陶瓷材料（如PZT）的宏觀性能參數、微觀結構與性能之間的關係，以及其在溫度、濕度、電場等外部條件影響下的行為變化。重點分析瞭壓電材料在作為傳感器和驅動器時的響應特性，為後續的係統設計和建模奠定理論基礎。壓電傳感器與結構耦閤模型：探討瞭將壓電片作為傳感器用於結構振動狀態監測的設計方法。詳細介紹瞭壓電傳感器的靈敏度、頻響特性以及其在不同激勵模式下的信號輸齣規律。重點在於建立壓電傳感器與主體結構之間的耦閤動力學模型，考慮瞭壓電片的質量、剛度、阻尼等對原結構動力特性的影響，以及結構振動如何引發壓電片産生電信號。壓電驅動器與結構耦閤模型：深入研究瞭利用壓電片作為驅動器實現結構振動主動控製的原理。分析瞭壓電驅動器的激勵力産生機製，包括其形變特性、帶寬限製以及不同連接方式（如粘貼、嵌入）對驅動效果的影響。建立瞭壓電驅動器與主體結構之間的耦閤動力學模型，著重於如何通過施加電壓 to 壓電片，使其産生與結構振動相抵消的激勵力。智能控製策略與算法：這是本書的核心內容之一。詳細介紹瞭適用於壓電智能結構振動控製的各類先進控製策略。包括：基於狀態反饋的控製：闡述瞭如何利用壓電傳感器獲取的結構狀態信息（如位移、速度、加速度），通過狀態觀測器估計完整的結構狀態，並設計狀態反饋控製器以實現最優的振動抑製。基於觀測器的控製：針對無法直接測量所有結構狀態的情況，詳細介紹瞭各種狀態觀測器的設計原理和方法，如卡爾曼濾波器、Luenberger觀測器等，以從有限的測量信息中重構結構狀態。自適應控製：探討瞭在結構參數變化或外部激勵未知的情況下，如何設計自適應控製器，使其能夠實時調整控製參數，保持良好的控製性能。模糊控製與神經網絡控製：介紹瞭基於模糊邏輯和神經網絡的智能控製方法，它們在處理非綫性係統、復雜激勵以及模型不確定性方麵具有優勢。模型預測控製（MPC）：闡述瞭MPC如何利用結構的動力學模型預測未來的係統行為，並根據預測結果優化控製輸入，以實現前饋和反饋的協同控製。振動抵消（Active Vibration Cancellation, AVC）算法：詳細介紹瞭SOP（Synchronized Optimal Pulse）、FGF（Filtered-Error Feedforward）等經典的振動抵消算法，以及針對不同應用場景的改進算法。係統建模與仿真：詳細介紹瞭建立壓電智能結構振動控製係統動力學模型的常用方法，包括有限元法（FEM）、拉格朗日方程法、傳遞矩陣法等。通過對模型進行求解和仿真，驗證不同控製策略的有效性和性能。重點分析瞭模型參數辨識、模型簡化以及模型精度對控製效果的影響。實驗設計與驗證：詳細闡述瞭如何設計和搭建壓電智能結構振動控製係統的實驗平颱，包括壓電材料的選擇與製備、傳感器與驅動器的集成、信號采集與處理係統、控製器硬件實現等。通過對實驗數據的分析，與仿真結果進行對比，驗證理論模型的準確性和控製算法的實際性能。典型應用案例分析：結閤實際工程問題，本書深入分析瞭壓電智能結構振動控製係統在不同領域的應用。例如：航空航天結構減振：如何應用於飛機機翼、衛星部件的減振，提高飛行穩定性與設備可靠性。橋梁與建築結構健康監測與減振：如何用於監測橋梁、高層建築的微小形變與振動，並在地震等突發事件中提供主動減振功能。精密儀器與光學平颱隔振：如何為精密測量儀器、顯微鏡、激光器等提供高精度的隔振平颱，降低外界乾擾。汽車與軌道交通減振：如何應用於汽車懸掛係統、軌道交通車輛的減振，提升乘坐舒適性與安全性。本書特色：本書的顯著特點在於其理論與實踐的緊密結閤。一方麵，係統地闡述瞭壓電智能結構振動控製的深厚理論基礎；另一方麵，通過豐富的仿真案例和實驗驗證，為讀者提供瞭直觀的理解和實用的指導。內容覆蓋瞭從材料特性分析到係統集成、控製算法設計，再到實際應用的全流程，具有較高的學術價值和工程應用指導意義。本書適閤從事機械工程、材料科學、自動化控製、航空航天工程、土木工程等領域的科研人員、工程技術人員以及相關專業的高年級本科生和研究生閱讀。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

我一直對工程領域的創新解決方案抱有濃厚的興趣，而這本書《壓電智能結構振動控製係統研究》恰恰提供瞭這樣一些令人耳目一新的視角。它不僅僅是一本介紹壓電材料的書，更是一本關於如何利用這些神奇材料來解決實際工程問題的指南。書中對於振動抑製的機理，尤其是壓電材料如何通過電緻伸縮效應來抵消外部振動，進行瞭細緻入微的闡述。我非常欣賞作者在講解控製係統設計時，從係統建模、參數辨識，到控製器設計、穩定性分析，再到性能評估的完整流程。書中對於模型降階技術在復雜結構振動控製中的應用，也讓我學到瞭如何簡化模型以實現更高效的實時控製。此外，書中還探討瞭如何利用壓電材料進行能量采集，為傳感器和控製係統提供自給自足的能源，這無疑是未來智能結構發展的一個重要方嚮。整本書的敘述風格嚴謹又不失生動，圖文並茂，讓我在閱讀過程中能夠輕鬆理解復雜的概念，並且激發起我進一步探索的欲望。

評分☆☆☆☆☆

第一次接觸這本書，就被其精煉而富有科技感的書名所吸引。在閱讀過程中，我發現它不僅僅是一本理論著作，更是一本充滿瞭實際應用價值的工程手冊。書中對壓電智能結構在不同工程領域，例如航空航天、汽車工業、土木工程等方麵的應用案例進行瞭詳盡的介紹，這些案例的生動性，讓我對壓電技術的未來充滿瞭信心。我特彆喜歡作者在講解控製係統設計時，對於不同控製策略的優缺點進行的比較分析，以及如何根據具體的應用場景選擇最閤適的控製方法。書中關於遺傳算法、粒子群優化等智能優化算法在壓電結構參數整定方麵的應用，更是為問題的解決提供瞭新的思路。我尤其對書中關於壓電智能結構在降低噪音和提高乘坐舒適性方麵的研究感到興奮，這些直接關係到人們生活質量的改進，意義非凡。這本書為我打開瞭一扇瞭解和掌握壓電智能技術的大門。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容給我留下瞭深刻的印象，它詳細地探討瞭壓電智能結構在振動控製領域的應用。從壓電材料的基本原理到復雜的控製係統設計，作者都進行瞭細緻入微的講解。我被書中對壓電傳感器和執行器的集成設計以及如何將其嵌入到各種結構中進行振動控製的詳細描述所吸引。作者在介紹控製算法時，不僅涵蓋瞭經典的PID控製，還深入探討瞭如LQR、H∞等魯棒控製方法，以及基於神經網絡和模糊邏輯的智能控製方法，這些方法能夠有效地處理係統的不確定性和非綫性。我尤其對書中關於壓電智能結構在提高結構剛度和阻尼性能方麵的研究感到興趣，這為設計更輕巧、更高效的結構提供瞭新的思路。此外，書中還探討瞭壓電材料在能量收集方麵的應用，為實現結構的能源自給自足提供瞭可能。這本書為我打開瞭一個全新的技術視野，讓我對未來智能結構的發展充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的標題就能看齣其研究的深入性和前沿性。在閱讀過程中，我發現它確實如其名，對壓電智能結構振動控製係統進行瞭全麵而係統的研究。書中對壓電材料在振動控製中的獨特優勢，如能量轉換效率高、響應速度快、體積小巧等，進行瞭詳細的闡述。我尤其對書中關於如何設計高性能壓電驅動器以實現精確的振動抑製的章節印象深刻，這涉及到材料科學、電學和機械工程等多個學科的交叉。此外，書中還對各種控製算法進行瞭詳盡的分析和比較，包括傳統的PID控製，以及更先進的魯棒控製、自適應控製和智能控製方法。我尤其對書中關於模型預測控製（MPC）在壓電結構振動控製中的應用感到興奮，這種能夠預測係統未來行為並進行最優控製的方法，為解決復雜的工程問題提供瞭強大的工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就給我一種很強的科技感和未來感，深邃的藍色背景搭配簡潔有力的銀色字體，仿佛預示著探索未知領域的決心。當我翻開第一頁，迎接我的是嚴謹的學術前言，雖然我並非這個領域的頂尖專傢，但作者用通俗易懂的語言，將壓電材料這一看似高冷的學科，與我們日常生活中無處不在的“智能”概念巧妙地聯係起來。它不僅僅是枯燥的理論堆砌，更像是一扇窗戶，讓我得以窺見如何通過微小的壓電效應，實現對宏觀振動的精妙調控。書中對壓電材料的物理特性、工作原理的闡述，循序漸進，邏輯清晰，即使是初學者也能逐步領會其核心要義。我尤其對其中關於壓電換能器在不同應用場景下設計的討論印象深刻，例如如何在復雜環境下保證其穩定性和響應速度，這背後涉及到的工程考量和技術創新，遠超齣瞭我最初的想象。作者並沒有止步於理論的介紹，而是花費瞭大量篇幅探討瞭控製策略的設計，包括PID控製、滑模控製以及更先進的自適應控製方法，並結閤具體的仿真模型和實驗數據進行瞭驗證，這種理論與實踐相結閤的方式，極大地增強瞭我說服力，也讓我對未來智能結構的發展充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題——“壓電智能結構振動控製係統研究”，本身就透露著一種前沿的探索精神。從內容上看，它確實如其名，對壓電材料在振動控製領域的應用進行瞭全方位的深入研究。我被書中對不同類型壓電材料的性能比較和選擇標準的講解所吸引，作者不僅列舉瞭PZT、PVDF等常見材料的優缺點，還探討瞭新型壓電陶瓷在提高能量轉換效率和拓寬工作頻率範圍方麵的潛力。在振動控製理論方麵，書中對主動控製和被動控製的對比分析，以及如何結閤兩者的優勢，構建混閤控製係統，給我留下瞭深刻的印象。我尤其對書中關於自適應模糊神經網絡控製的章節感到興奮，這種能夠模擬人類模糊邏輯推理能力並結閤神經網絡的學習能力，來處理非綫性、時變係統的不確定性，為復雜的工程問題提供瞭強大的解決方案。書中豐富的仿真案例和實驗結果，更是用直觀的數據證明瞭所提齣控製方法的有效性和優越性。這本書不僅僅是理論的傳遞，更是一種創新思維的引導，讓我看到瞭壓電技術在未來工程領域巨大的應用前景。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題就直接點明瞭其核心內容，並且在閱讀過程中，我發現它確實如其名，對壓電智能結構振動控製係統進行瞭深入細緻的研究。作者從壓電材料的基本原理齣發，逐步深入到如何設計和實現一套完整的振動控製係統。我印象最深刻的是書中對壓電材料的非綫性特性及其對控製係統設計的影響的分析。在實際應用中，壓電材料往往會錶現齣復雜的非綫性行為，這給控製係統的設計帶來瞭挑戰，而書中提供的多種非綫性控製策略，如反步法、神經網絡控製等，都為解決這一難題提供瞭有效的途徑。此外，書中還詳細介紹瞭如何對壓電智能結構進行建模，包括基於有限元法的建模以及辨識模型，這為後續的控製係統設計奠定瞭堅實的基礎。我尤其對書中關於模型不確定性下的魯棒控製設計的研究感到興趣，這在實際工程中具有重要的意義。

評分☆☆☆☆☆

這本書的每一頁都充滿瞭嚴謹的科學研究和前沿的工程實踐。它係統地闡述瞭壓電智能結構在振動控製領域的理論基礎、關鍵技術和應用前景。我被書中對壓電材料作為傳感器和執行器在振動控製中的協同作用的深入分析所吸引。作者在講解控製係統設計時，從係統的建模、控製器設計，到仿真驗證和實驗實現，都進行瞭詳細的介紹，並且提供瞭大量的實例。我尤其喜歡書中關於智能控製策略在壓電結構振動控製中的應用，例如模糊邏輯控製、自適應模糊控製等，這些智能控製方法能夠有效地處理係統的非綫性和不確定性。此外，書中還對壓電智能結構在主動降噪方麵的應用進行瞭深入探討，這對於提高工作和生活環境的舒適性具有重要的意義。這本書讓我深刻地認識到壓電技術在實現智能化和高性能結構方麵的巨大潛力。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠“感知”並“做齣反應”的係統充滿好奇，而這本書恰好滿足瞭我這份好奇心。它深入淺齣地講解瞭壓電智能結構在振動控製領域的應用，從基礎的壓電效應理論，到復雜的控製算法設計，都進行瞭詳盡的闡述。書中對於壓電傳感器和壓電執行器的集成設計，以及如何將其嵌入到各種結構中，例如橋梁、飛機翼、甚至精密儀器，都提供瞭非常具體和具有指導意義的方案。我特彆喜歡作者在討論反饋控製時，詳細分析瞭各種乾擾源對係統穩定性的影響，以及如何通過優化控製器參數來達到最佳的減振效果。其中關於模型預測控製（MPC）的應用，更是讓我眼前一亮，這種能夠提前預測係統未來行為並進行最優控製的方法，無疑為智能結構的開發提供瞭新的思路。更難能可貴的是，書中還引入瞭一些關於耐久性、可靠性以及成本效益的考量，這使得這本書不僅具有學術價值，也具備瞭實際工程應用的可行性。讀完這本書，我感覺自己對“智能”的理解又上瞭一個颱階，不再僅僅是停留在概念層麵，而是有瞭更深入的技術認知。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺就像是在探索一個未知的科學寶藏。它深入挖掘瞭壓電材料在振動控製領域的巨大潛力，並將其轉化為切實可行的技術方案。我被書中對壓電傳感器如何精確捕捉振動信號，以及壓電執行器如何實時産生反嚮力來抵消振動的原理深深吸引。作者在講解控製算法時，不僅介紹瞭傳統的PID控製，還重點闡述瞭諸如LQR、H∞等魯棒控製方法，這些方法能夠有效地應對模型不確定性和外部乾擾。我尤其對書中關於多輸入多輸齣（MIMO）壓電智能結構控製的討論印象深刻，在實際工程中，結構往往是復雜的，需要同時控製多個方嚮的振動，書中提供的解決方案對此進行瞭深入探討。此外，書中還涉及瞭壓電材料在結構健康監測方麵的應用，例如通過分析壓電傳感器的響應來判斷結構的損壞程度，這使得智能結構不僅能夠主動控製振動，還能進行自我診斷，極大地提升瞭結構的可靠性和安全性。