压电智能结构振动控制系统研究 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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黄全振著

图书标签:

压电材料
智能结构
振动控制
主动控制
结构动力学
系统辨识
控制算法
模态分析
有限元分析
自适应控制

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出版社：知识产权出版社

ISBN：9787513046053

版次：1

商品编码：12193532

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-04-01

用纸：胶版纸

页数：176

字数：200000

正文语种：中文

具体描述

产品特色

压电智能结构自适应滤波振动控制技术虽然发展迅速，但它仍是一个未成熟的研究方向，在理论方法、实现技术和工程化方面还有许多工作需要探索和研究；同时目前有关这一方面的研究多数以悬臂梁结构为对象，还未形成较为系统的理论方法与实验成果。本书以所参加的国*级科研项目为研究背景，以一种模拟临近空间飞行器压电智能框架结构为实验模型对象，着重围绕压电智能结构自适应滤波振动控制方法和实现技术开展研究；研究内容主要涉及压电智能结构动力学分析、压电元件优化配置策略、结构振动自适应滤波控制方法及其算法，以及实验系统构建和实验分析验证等，尤其在自适应滤波控制方法方面进行了深入的探索和有益的实践，并取得了一些创新性的成果。

内容简介

本书介绍了智能结构的概念和内涵，广泛分析了压电智能结构振动系统所涉及的关键技术，对结构动力学建模、粒子群寻优算法、自适应滤波控制策略及其控制系统的构建进行了深入的研究。本书主要内容包括以下几个方面：首先，介绍了智能结构振动控制的发展现状及存在的关键性技术；其次，利用行波分析法着重分析了压电智能悬臂梁和L型压电智能框架结构的动力学建模方法；然后，采用粒子群优化策略研究了压电传感器作动器位置优化问题；最后着重分析了自适应滤波振动控制方法及其性能分析。依据前几章的算法分析，搭建结构振动控制实验平台，开发振动控制软件系统，分别针对所研究的结构振动自适应滤波控制方法及其实现算法进行实验验证，并对实验数据进行处理分析。

本书内容主要涉及压电智能结构动力学分析、压电元件优化配置策略、结构振动自适应滤波控制方法及其算法，以及实验系统构建和实验分析验证等，尤其在自适应滤波控制方法方面进行了深入的探索和有益的实践，并取得了一些创新性的成果。

作者简介

黄全振，男，1979年生，河南驻马店人，上海大学博士后，副教授，2016年荣获“河南省高校科技创新人才计划”；2012年由上海大学“控制理论与控制工程专业”博士毕业；2013年进入上海大学“机械工程”博士后科研流动站；主要研究方向：机器人仿生学及智能结构振动控制；近年来主持或参与国家自然科学基金项目4项、863项目1项、省自然科学基金2项，发表高质量学术论文40多篇（其中SCI收录8篇，EI收录22篇），申请国家发明专利6项，其中4项已授权。

精彩书摘

压电智能结构振动主动控制方法与技术涉及先进材料、控制理论、力学分析、数学建模、科学计算、实验技术等诸多领域，是多学科交叉的前沿课题，具有重要的科研学术意义和工程应用价值。作为压电智能结构主动减振研究的一个重要发展方向，自适应控制策略成为当前研究的热点，其中自适应滤波控制技术在理论方法和实验验证方面取得了较好的实现效果。

前言/序言

本书以一种模拟临近空间飞行器压电智能框架结构为实验模型对象，着重进行自适应滤波振动控制方法及其实现算法研究，同时针对模型结构动力学分析方法与压电元件优化配置策略进行积极探索，并在此基础上构建整体实验平台和开发综合测控系统，以验证相关方法技术的可行性和有效性。全书可分为结构动力学分析与压电元件优化配置、自适应滤波振动控制方法与控制器设计、实验平台构建与实验验证分析三大部分。所做主要内容如下：

（1）以压电智能框架结构为实验对象，将分布式压电元件作为传感器和驱动器粘贴于结构表面，构建了一种模拟临近空间飞行器压电智能框架实验模型结构，并与开发的自适应滤波振动控制系统结合，形成了一套压电智能结构自适应滤波振动主动控制实验系统。

（2）采用行波分析法，对压电智能结构进行动力学分析，同时引入智能结构振动模态有限元分析技术，结合压电智能结构振动特性，分析了压电传感器/作动器的位置优化问题，并以框架组成单元梁为研究对象，给出优化目标函数，引入粒子群优化方法针对目标函数进行优化，实现分布式压电传感器/作动器元件的优化配置。

（3）鉴于经典自适应滤波-X LMS算法过程中需要预知与外激扰信号相关的参考信号，导致该方法存在工程适用性和技术实用性缺陷。本书提出了一种基于滤波-X改进型的参考信号自提取振动控制算法，着重考虑通过从振动结构中直接提取振动响应残差信号，进而基于控制器结构和算法过程数据构造出参考信号，满足与激扰信号的相关性并进入算法控制过程；仿真分析和实验验证表明：所提出改进的控制算法控制效果良好，不仅实现了参考信号的振动结构直接提取策略，并具有较快的收敛速度和良好的控制效果。

（4）在经典的自适应滤波-X LMS算法实施过程中，存在控制通道模型参数辨识问题，一般可采用离线辨识策略获得控制通道模型参数，但也很大程度上导致该方法在工程实际应用时具有较大的不实现性。本书提出一种控制通道模型在线辨识的自适应滤波振动主动控制方法，其基本思想是在控制输出端引入一个随机噪声信号，采用FIR滤波器作为受控通道模型进行实时在线辨识，同时控制环节采用滤波-X控制算法。经过仿真分析和实验验证表明，本书所提的在线辨识控制器设计方法及其实现算法控制效果良好，为进一步深入实用化研究奠定了基础。

（5）由于滤波-X控制器的传输函数是一个全零点的结构，其不考虑控制输出信号的反馈对参考信号的影响，而在实际的系统中这种影响是不能忽略的。滤波-U结构的传输函数中含有零极点，它可以在一定程度上解决振动反馈可能带来的控制系统的不稳定问题。本书以滤波-U为基础结构，研究了参考信号自提和控制通道在线辨识问题，分别提出了基于滤波-U的参考信号自提取振动控制方法和控制通道在线辨识的振动控制方法。经过仿真分析和实验验证表明，所提控制方法及其实现算法控制效果良好。

（6）在完成压电智能框架结构振动主动控制平台构建，以及结构振动控制系统软件开发的基础上，对本书所研究的自适应滤波振动控制方法及其实现算法进行了实验分析与验证工作。方法研究与实验验证表明，多通道自适应滤波结构振动控制方法具有较强的自适应能力，能够较快地跟踪受控结构系统参数及外扰响应的变化；本书所提出的自适应滤波振动控制算法与经典滤波-X、滤波-U算法相比，虽然收敛速度略慢，但控制效果良好，尤其为提高自适应滤波控制方法的技术实用性和工程适用性，提供了有益的技术方法思路。

在本书编写过程中，高守玮副教授在控制算法的设计、实验平台的构建、实验系统的开发等方面给予很多指导和帮助，在此表示衷心感谢。另外，本书还参考了一些国内外同行发表的研究成果，在此一并表示最诚挚的感谢。

随着社会的发展、科学技术的进步，本书中提出的一些理论和方法也会相应得到优化和改进。由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请各位专家、学者批评指正。

黄全振

2016年9月

《压电智能结构振动控制系统研究》图书简介本书深入探讨了压电智能结构在振动控制领域的应用，为读者呈现了一个全面而系统的研究成果。全书聚焦于压电材料如何被巧妙地集成到各类结构中，进而构建出能够主动感知、分析并响应外部激励的智能系统。通过对压电传感器、压电驱动器及其与结构耦合机理的精细建模与分析，本书揭示了实现高效振动抑制的关键技术。核心内容概述：本书内容围绕压电智能结构振动控制系统展开，主要涵盖以下几个方面：压电材料基本原理与特性：详细阐述了压电效应（正压电效应和逆压电效应）的物理机理，介绍了常见压电陶瓷材料（如PZT）的宏观性能参数、微观结构与性能之间的关系，以及其在温度、湿度、电场等外部条件影响下的行为变化。重点分析了压电材料在作为传感器和驱动器时的响应特性，为后续的系统设计和建模奠定理论基础。压电传感器与结构耦合模型：探讨了将压电片作为传感器用于结构振动状态监测的设计方法。详细介绍了压电传感器的灵敏度、频响特性以及其在不同激励模式下的信号输出规律。重点在于建立压电传感器与主体结构之间的耦合动力学模型，考虑了压电片的质量、刚度、阻尼等对原结构动力特性的影响，以及结构振动如何引发压电片产生电信号。压电驱动器与结构耦合模型：深入研究了利用压电片作为驱动器实现结构振动主动控制的原理。分析了压电驱动器的激励力产生机制，包括其形变特性、带宽限制以及不同连接方式（如粘贴、嵌入）对驱动效果的影响。建立了压电驱动器与主体结构之间的耦合动力学模型，着重于如何通过施加电压 to 压电片，使其产生与结构振动相抵消的激励力。智能控制策略与算法：这是本书的核心内容之一。详细介绍了适用于压电智能结构振动控制的各类先进控制策略。包括：基于状态反馈的控制：阐述了如何利用压电传感器获取的结构状态信息（如位移、速度、加速度），通过状态观测器估计完整的结构状态，并设计状态反馈控制器以实现最优的振动抑制。基于观测器的控制：针对无法直接测量所有结构状态的情况，详细介绍了各种状态观测器的设计原理和方法，如卡尔曼滤波器、Luenberger观测器等，以从有限的测量信息中重构结构状态。自适应控制：探讨了在结构参数变化或外部激励未知的情况下，如何设计自适应控制器，使其能够实时调整控制参数，保持良好的控制性能。模糊控制与神经网络控制：介绍了基于模糊逻辑和神经网络的智能控制方法，它们在处理非线性系统、复杂激励以及模型不确定性方面具有优势。模型预测控制（MPC）：阐述了MPC如何利用结构的动力学模型预测未来的系统行为，并根据预测结果优化控制输入，以实现前馈和反馈的协同控制。振动抵消（Active Vibration Cancellation, AVC）算法：详细介绍了SOP（Synchronized Optimal Pulse）、FGF（Filtered-Error Feedforward）等经典的振动抵消算法，以及针对不同应用场景的改进算法。系统建模与仿真：详细介绍了建立压电智能结构振动控制系统动力学模型的常用方法，包括有限元法（FEM）、拉格朗日方程法、传递矩阵法等。通过对模型进行求解和仿真，验证不同控制策略的有效性和性能。重点分析了模型参数辨识、模型简化以及模型精度对控制效果的影响。实验设计与验证：详细阐述了如何设计和搭建压电智能结构振动控制系统的实验平台，包括压电材料的选择与制备、传感器与驱动器的集成、信号采集与处理系统、控制器硬件实现等。通过对实验数据的分析，与仿真结果进行对比，验证理论模型的准确性和控制算法的实际性能。典型应用案例分析：结合实际工程问题，本书深入分析了压电智能结构振动控制系统在不同领域的应用。例如：航空航天结构减振：如何应用于飞机机翼、卫星部件的减振，提高飞行稳定性与设备可靠性。桥梁与建筑结构健康监测与减振：如何用于监测桥梁、高层建筑的微小形变与振动，并在地震等突发事件中提供主动减振功能。精密仪器与光学平台隔振：如何为精密测量仪器、显微镜、激光器等提供高精度的隔振平台，降低外界干扰。汽车与轨道交通减振：如何应用于汽车悬挂系统、轨道交通车辆的减振，提升乘坐舒适性与安全性。本书特色：本书的显著特点在于其理论与实践的紧密结合。一方面，系统地阐述了压电智能结构振动控制的深厚理论基础；另一方面，通过丰富的仿真案例和实验验证，为读者提供了直观的理解和实用的指导。内容覆盖了从材料特性分析到系统集成、控制算法设计，再到实际应用的全流程，具有较高的学术价值和工程应用指导意义。本书适合从事机械工程、材料科学、自动化控制、航空航天工程、土木工程等领域的科研人员、工程技术人员以及相关专业的高年级本科生和研究生阅读。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容给我留下了深刻的印象，它详细地探讨了压电智能结构在振动控制领域的应用。从压电材料的基本原理到复杂的控制系统设计，作者都进行了细致入微的讲解。我被书中对压电传感器和执行器的集成设计以及如何将其嵌入到各种结构中进行振动控制的详细描述所吸引。作者在介绍控制算法时，不仅涵盖了经典的PID控制，还深入探讨了如LQR、H∞等鲁棒控制方法，以及基于神经网络和模糊逻辑的智能控制方法，这些方法能够有效地处理系统的不确定性和非线性。我尤其对书中关于压电智能结构在提高结构刚度和阻尼性能方面的研究感到兴趣，这为设计更轻巧、更高效的结构提供了新的思路。此外，书中还探讨了压电材料在能量收集方面的应用，为实现结构的能源自给自足提供了可能。这本书为我打开了一个全新的技术视野，让我对未来智能结构的发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

第一次接触这本书，就被其精炼而富有科技感的书名所吸引。在阅读过程中，我发现它不仅仅是一本理论著作，更是一本充满了实际应用价值的工程手册。书中对压电智能结构在不同工程领域，例如航空航天、汽车工业、土木工程等方面的应用案例进行了详尽的介绍，这些案例的生动性，让我对压电技术的未来充满了信心。我特别喜欢作者在讲解控制系统设计时，对于不同控制策略的优缺点进行的比较分析，以及如何根据具体的应用场景选择最合适的控制方法。书中关于遗传算法、粒子群优化等智能优化算法在压电结构参数整定方面的应用，更是为问题的解决提供了新的思路。我尤其对书中关于压电智能结构在降低噪音和提高乘坐舒适性方面的研究感到兴奋，这些直接关系到人们生活质量的改进，意义非凡。这本书为我打开了一扇了解和掌握压电智能技术的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题就直接点明了其核心内容，并且在阅读过程中，我发现它确实如其名，对压电智能结构振动控制系统进行了深入细致的研究。作者从压电材料的基本原理出发，逐步深入到如何设计和实现一套完整的振动控制系统。我印象最深刻的是书中对压电材料的非线性特性及其对控制系统设计的影响的分析。在实际应用中，压电材料往往会表现出复杂的非线性行为，这给控制系统的设计带来了挑战，而书中提供的多种非线性控制策略，如反步法、神经网络控制等，都为解决这一难题提供了有效的途径。此外，书中还详细介绍了如何对压电智能结构进行建模，包括基于有限元法的建模以及辨识模型，这为后续的控制系统设计奠定了坚实的基础。我尤其对书中关于模型不确定性下的鲁棒控制设计的研究感到兴趣，这在实际工程中具有重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的每一页都充满了严谨的科学研究和前沿的工程实践。它系统地阐述了压电智能结构在振动控制领域的理论基础、关键技术和应用前景。我被书中对压电材料作为传感器和执行器在振动控制中的协同作用的深入分析所吸引。作者在讲解控制系统设计时，从系统的建模、控制器设计，到仿真验证和实验实现，都进行了详细的介绍，并且提供了大量的实例。我尤其喜欢书中关于智能控制策略在压电结构振动控制中的应用，例如模糊逻辑控制、自适应模糊控制等，这些智能控制方法能够有效地处理系统的非线性和不确定性。此外，书中还对压电智能结构在主动降噪方面的应用进行了深入探讨，这对于提高工作和生活环境的舒适性具有重要的意义。这本书让我深刻地认识到压电技术在实现智能化和高性能结构方面的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像是在探索一个未知的科学宝藏。它深入挖掘了压电材料在振动控制领域的巨大潜力，并将其转化为切实可行的技术方案。我被书中对压电传感器如何精确捕捉振动信号，以及压电执行器如何实时产生反向力来抵消振动的原理深深吸引。作者在讲解控制算法时，不仅介绍了传统的PID控制，还重点阐述了诸如LQR、H∞等鲁棒控制方法，这些方法能够有效地应对模型不确定性和外部干扰。我尤其对书中关于多输入多输出（MIMO）压电智能结构控制的讨论印象深刻，在实际工程中，结构往往是复杂的，需要同时控制多个方向的振动，书中提供的解决方案对此进行了深入探讨。此外，书中还涉及了压电材料在结构健康监测方面的应用，例如通过分析压电传感器的响应来判断结构的损坏程度，这使得智能结构不仅能够主动控制振动，还能进行自我诊断，极大地提升了结构的可靠性和安全性。

评分☆☆☆☆☆

我一直对工程领域的创新解决方案抱有浓厚的兴趣，而这本书《压电智能结构振动控制系统研究》恰恰提供了这样一些令人耳目一新的视角。它不仅仅是一本介绍压电材料的书，更是一本关于如何利用这些神奇材料来解决实际工程问题的指南。书中对于振动抑制的机理，尤其是压电材料如何通过电致伸缩效应来抵消外部振动，进行了细致入微的阐述。我非常欣赏作者在讲解控制系统设计时，从系统建模、参数辨识，到控制器设计、稳定性分析，再到性能评估的完整流程。书中对于模型降阶技术在复杂结构振动控制中的应用，也让我学到了如何简化模型以实现更高效的实时控制。此外，书中还探讨了如何利用压电材料进行能量采集，为传感器和控制系统提供自给自足的能源，这无疑是未来智能结构发展的一个重要方向。整本书的叙述风格严谨又不失生动，图文并茂，让我在阅读过程中能够轻松理解复杂的概念，并且激发起我进一步探索的欲望。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题——“压电智能结构振动控制系统研究”，本身就透露着一种前沿的探索精神。从内容上看，它确实如其名，对压电材料在振动控制领域的应用进行了全方位的深入研究。我被书中对不同类型压电材料的性能比较和选择标准的讲解所吸引，作者不仅列举了PZT、PVDF等常见材料的优缺点，还探讨了新型压电陶瓷在提高能量转换效率和拓宽工作频率范围方面的潜力。在振动控制理论方面，书中对主动控制和被动控制的对比分析，以及如何结合两者的优势，构建混合控制系统，给我留下了深刻的印象。我尤其对书中关于自适应模糊神经网络控制的章节感到兴奋，这种能够模拟人类模糊逻辑推理能力并结合神经网络的学习能力，来处理非线性、时变系统的不确定性，为复杂的工程问题提供了强大的解决方案。书中丰富的仿真案例和实验结果，更是用直观的数据证明了所提出控制方法的有效性和优越性。这本书不仅仅是理论的传递，更是一种创新思维的引导，让我看到了压电技术在未来工程领域巨大的应用前景。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够“感知”并“做出反应”的系统充满好奇，而这本书恰好满足了我这份好奇心。它深入浅出地讲解了压电智能结构在振动控制领域的应用，从基础的压电效应理论，到复杂的控制算法设计，都进行了详尽的阐述。书中对于压电传感器和压电执行器的集成设计，以及如何将其嵌入到各种结构中，例如桥梁、飞机翼、甚至精密仪器，都提供了非常具体和具有指导意义的方案。我特别喜欢作者在讨论反馈控制时，详细分析了各种干扰源对系统稳定性的影响，以及如何通过优化控制器参数来达到最佳的减振效果。其中关于模型预测控制（MPC）的应用，更是让我眼前一亮，这种能够提前预测系统未来行为并进行最优控制的方法，无疑为智能结构的开发提供了新的思路。更难能可贵的是，书中还引入了一些关于耐久性、可靠性以及成本效益的考量，这使得这本书不仅具有学术价值，也具备了实际工程应用的可行性。读完这本书，我感觉自己对“智能”的理解又上了一个台阶，不再仅仅是停留在概念层面，而是有了更深入的技术认知。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的标题就能看出其研究的深入性和前沿性。在阅读过程中，我发现它确实如其名，对压电智能结构振动控制系统进行了全面而系统的研究。书中对压电材料在振动控制中的独特优势，如能量转换效率高、响应速度快、体积小巧等，进行了详细的阐述。我尤其对书中关于如何设计高性能压电驱动器以实现精确的振动抑制的章节印象深刻，这涉及到材料科学、电学和机械工程等多个学科的交叉。此外，书中还对各种控制算法进行了详尽的分析和比较，包括传统的PID控制，以及更先进的鲁棒控制、自适应控制和智能控制方法。我尤其对书中关于模型预测控制（MPC）在压电结构振动控制中的应用感到兴奋，这种能够预测系统未来行为并进行最优控制的方法，为解决复杂的工程问题提供了强大的工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就给我一种很强的科技感和未来感，深邃的蓝色背景搭配简洁有力的银色字体，仿佛预示着探索未知领域的决心。当我翻开第一页，迎接我的是严谨的学术前言，虽然我并非这个领域的顶尖专家，但作者用通俗易懂的语言，将压电材料这一看似高冷的学科，与我们日常生活中无处不在的“智能”概念巧妙地联系起来。它不仅仅是枯燥的理论堆砌，更像是一扇窗户，让我得以窥见如何通过微小的压电效应，实现对宏观振动的精妙调控。书中对压电材料的物理特性、工作原理的阐述，循序渐进，逻辑清晰，即使是初学者也能逐步领会其核心要义。我尤其对其中关于压电换能器在不同应用场景下设计的讨论印象深刻，例如如何在复杂环境下保证其稳定性和响应速度，这背后涉及到的工程考量和技术创新，远超出了我最初的想象。作者并没有止步于理论的介绍，而是花费了大量篇幅探讨了控制策略的设计，包括PID控制、滑模控制以及更先进的自适应控制方法，并结合具体的仿真模型和实验数据进行了验证，这种理论与实践相结合的方式，极大地增强了我说服力，也让我对未来智能结构的发展充满了期待。