智能结构的自感知主动振动控制以及半主动振动控制的研究

主动振动控制技术在机械系统中的研究与应用摘要：主动振动控制技术作为一种重要的工程技术方法，为机械系统的稳定性和安全性提供了有效的解决方案。

本文从主动振动控制技术的定义、原理、方法和应用等方面进行了探讨，并结合实际案例，展示了主动振动控制技术在机械系统中的研究与应用。

引言随着现代机械系统的不断发展，振动问题成为了制约其稳定性和安全性的关键因素之一。

传统的被动振动控制方法在一定程度上能够减小振动，但其受制于系统内部和外部的因素，存在着很多限制。

而主动振动控制技术则通过对机械系统振动的实时监测和主动干预来实现精确、高效的振动控制，因此被广泛应用于机械系统中。

主动振动控制技术的原理与方法主动振动控制技术通过感知振动信号、处理振动信号和产生相应的控制力，实现对机械系统振动的有针对性调节。

其中，振动信号感知模块可通过安装传感器获取机械系统的振动信息；振动信号处理模块则对采集到的信号进行分析和处理，提取振动特征；而控制力生成模块则通过执行机构产生与振动相反的控制力，从而实现振动的补偿和控制。

主动振动控制技术的应用案例1. 汽车悬挂系统汽车悬挂系统是主动振动控制技术的一个典型应用领域。

传统的被动悬挂系统只能被动地响应路面的振动，容易产生压缩和拉伸过大的问题，影响行驶的稳定性和舒适性。

而主动悬挂系统通过感知路面和车身的振动，实时调节阻尼和刚度参数，可以通过主动振动控制技术实现对车身振动的主动补偿，提升悬挂系统的性能和舒适性。

2. 风力发电机组风力发电机组在运行过程中容易受到风速、风向等因素的影响，产生振动和震动。

传统的被动振动控制方法无法针对不同的天气条件进行调节，导致发电效率下降和机械损坏。

而主动振动控制技术可以通过感知风速和风向的变化，实时调整机组的偏航角和传动系统的阻尼，降低机组振动，提高发电效率。

3. 振动台振动台是用于模拟地震、风、水等环境载荷的实验设备。

传统的被动振动控制方式在模拟复杂载荷过程中存在精度和稳定性受限的问题。

土木工程智能结构的应用【摘要】智能材料结构起源于90 年代初的航空、航天领域，近年来在医学、船舶、建筑等领域也迅速形成了智能材料结构在该领域的应用研究热点。

与传统土木工程结构相比，土木工程智能结构通过传统土木工程与智能材料、自动控制、信息技术等的交叉和融合，使其不仅具有传统土木工程结构的安全性、舒适性和耐久性，还具有自感知、自适应、自控制和自修复特性。

【关键词】土木工程智能结构迅速引言在土木工程领域应用最广泛的材料包括光导纤维、磁流变液和压电晶体。

光导纤维主要作为传感材料，可以监测温度和应变，分为光纤光栅传感器和 botda 分布式传感器两类，前者精度较高，后者精度可以达到20 微应变，但可以实现分布式测量；磁流变液主要作用驱动材料，而压电晶体既可以作为驱动材料，也可以作为感知材料。

土木工程智能结构概念的形成智能土木结构（intelligent civil structure）概念的形成。

现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代，信息材料的生产业已实现设计制造一体化。

各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。

人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中，同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中。

通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制，使结构不仅有承受建筑荷载的能力，还具有自感知、自分析计算、自推理及自我控制的能力。

具体说来，结构将能进行参数（如应变、损伤、温度、压力、声音、化学反应）的检测及检测数据的传输，具有一定的数据实时计算处理能力，包括人工智能诊断推理，以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力，简言之，即使结构具有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。

这就是智能土木结构概念的形成过程。

文献将智能结构定义为：“将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中，使制成的构件（结构）具有人们期望的智能功能，这种结构称之为智能材料结构”。

环境噪声与振动控制技术的研究与应用一、引言环境噪声与振动控制技术是现代工业和城市化进程中面临的重要问题之一。

随着人们对生活质量的要求不断提高，环境噪声和振动对人们的健康和安全产生了越来越大的影响。

因此，对环境噪声和振动进行有效的控制成为了一个热门的研究领域。

二、环境噪声的研究与应用环境噪声是人类生活中最常见的噪声来源之一，其对人体健康和心理状态的影响不可忽视。

研究人们身处不同环境中的噪声水平和性质，对环境噪声进行分析和评估，以寻找有效的控制措施，是环境噪声研究的重要内容之一。

在城市环境中，交通噪声和工业噪声是主要的环境噪声来源。

为了降低城市交通噪声，人们采取了多种措施，如设置隔声墙、改善路面材质、限制交通流量等。

对于工业噪声，控制技术的研究与应用也取得了显著的进展。

例如，在工业生产过程中，减少噪声源的振动和噪声发射，改善工作环境和工作条件，可以有效地减少环境噪声的污染。

此外，社区噪声和建筑噪声也是环境噪声研究的重要方向。

社区噪声主要包括社会活动、建筑施工、商业活动等带来的噪声。

通过控制社区环境中不同噪声源的产生和传播路径，可以减轻社区噪声对人们生活质量的影响。

建筑噪声则是指建筑施工和室内活动等带来的噪声。

通过控制建筑材料的噪声传导性能，设计合理的空间布局和隔音装置，可以有效地降低建筑噪声。

三、振动控制技术的研究与应用振动是许多工程和科学领域中的常见问题，对振动进行有效的控制具有重要的意义。

振动控制技术的研究与应用可以分为主动控制、被动控制和半主动控制三种类型。

主动控制技术是指通过主动调节系统的控制参数来抑制振动。

这种技术需要利用传感器获取振动信号，并通过控制器和执行器对系统进行调整。

主动控制技术具有较好的控制效果，但其成本较高。

被动控制技术是指利用能量吸收材料和隔振装置来减小振动对结构体的影响。

这种技术不需要外部能量输入，但对结构的改造较大。

半主动控制技术是主动控制和被动控制的结合。

通过在振动系统中添加可调节的阻尼器和弹性元件，可以在不需要外部能量输入的情况下实现对振动的控制。

汽车NVH控制技术的研究现状NVH（Noise, Vibration and Harshness）是指汽车中噪音、振动和粗糙度问题的综合体。

随着人们对汽车舒适性和安静性的要求越来越高，汽车NVH控制技术也变得越来越重要。

本文将介绍汽车NVH控制技术的研究现状。

首先，汽车NVH控制技术主要包括噪音控制、振动控制和粗糙度控制。

噪音控制是通过减少发动机、传动系统和车轮等部件的噪音来提高乘坐舒适性。

目前，主要的噪音控制技术包括噪音隔离、噪音吸收和噪音降噪。

噪音隔离通过使用吸音材料和隔音膜等技术来减少噪音的传播。

噪音吸收则是利用吸音材料和结构设计来吸收噪音能量。

噪音降噪则是利用主动噪音控制技术，如主动噪音消减（ANC）和有源噪音控制（ANC）来减少噪音。

其次，振动控制是通过减少汽车零部件的振动来提高乘坐舒适性。

目前，主要的振动控制技术包括被动振动控制和主动振动控制。

被动振动控制是通过使用减振器、减振弹簧和减振材料等措施来减少振动能量的传递。

主动振动控制则是使用传感器和控制器来实时感知振动，并通过激振器和反馈控制来减少振动。

最后，粗糙度控制是通过改善悬挂系统和轮胎的设计来减少道路的粗糙度对汽车乘坐舒适性的影响。

目前，主要的粗糙度控制技术包括主动悬挂系统、电磁悬挂系统和轮胎设计等。

主动悬挂系统通过感知道路状况并调整悬挂系统硬度来减少粗糙度对汽车的影响。

电磁悬挂系统则通过电磁力调节悬挂系统刚度来减少振动传递。

轮胎设计则通过改变轮胎的刚度和材料来减少道路粗糙度的传递。

综上所述，汽车NVH控制技术是提高汽车乘坐舒适性和安静性的关键技术。

目前，已经有许多汽车制造商和研究机构针对NVH问题进行了广泛的研究。

然而，由于汽车的复杂性和NVH问题的多样性，仍然存在许多挑战和待解决的问题。

因此，未来的研究方向包括开发更先进的噪音、振动和粗糙度控制技术，优化系统集成和综合控制策略，以及提高测试和评估方法。

航空航天结构振动控制研究及应用引言：航空航天领域的结构振动控制一直是一个重要而复杂的课题。

飞行器的振动问题不仅会影响乘客的舒适度，还会对飞行器的性能和安全性产生负面影响。

因此，研究和应用航空航天结构振动控制技术具有重要意义。

本文将介绍航空航天结构振动控制的研究现状、应用场景以及未来发展方向。

一、研究现状1.结构振动控制方法目前，航空航天领域常用的结构振动控制方法主要包括有源振动控制、被动振动控制和半主动振动控制。

有源振动控制利用传感器采集到的振动信号与控制器产生的控制信号相结合，通过外部力或扭矩的施加来减小或消除结构振动。

被动振动控制则通过使用吸振器、阻尼器等被动元件来消除振动能量。

半主动振动控制是将有源和被动振动控制结合起来，主要通过调节阻尼器、模态阻尼器等半主动元件的阻尼特性来实现振动控制。

2.结构振动控制应用场景航空航天领域的结构振动控制应用广泛。

例如，飞机机翼和机身的振动控制可使飞机获得更好的操纵性和稳定性，提高乘客的舒适度。

火箭和卫星发射过程中的振动控制可以确保发射过程的稳定性和安全性，减小结构破坏和负载损失的风险。

此外，航空器和航天器的结构振动控制还可以应用于减少结构噪音、改进系统的动力学性能等方面。

二、应用案例1.飞机结构振动控制飞机的结构振动控制是航空领域中最常见、最重要的振动控制问题之一。

为了提高飞行器的飞行性能和乘客的舒适度，航空工程师一直在研究和应用各种结构振动控制方法。

以纵向振动控制为例，传统的被动振动控制方法使用液压或磁流变技术实现减振。

而近年来，半主动振动控制在飞机结构振动控制中的应用逐渐增多。

研究表明，半主动振动控制不仅可以提供更高的阻尼能力，还可以根据实时振动情况进行频率和阻尼调节，以适应不同飞行状态和振动特征。

这种方法可以有效地减小飞机结构的振动幅度，提高飞行器的稳定性和乘客的舒适度。

2.火箭发射过程振动控制火箭的发射过程存在较大的振动问题，特别是在推力增加和减少的情况下。

动力系统噪声振动控制技术研究动力系统噪声和振动问题是当前工程领域中亟待解决的难题之一。

不仅噪声振动对设备性能、寿命和可靠性产生影响，同时还会给操作人员带来不适和危害。

因此，研究并应用有效的动力系统噪声振动控制技术成为了工程学领域的重要课题。

为了有效降低动力系统的噪声振动，需要从多个方面进行分析和控制。

首先，我们需要对动力系统的动力学特性进行深入了解，包括系统的固有频率、模态振幅、固有模态形态等。

通过对动力系统的动力学分析，可以确定振动和噪声的主要来源，为后续的控制措施提供依据。

在动力学特性确定的基础上，可以采取不同的噪声振动控制技术，包括被动控制、主动控制和半主动控制等。

被动控制是最常用的一种技术，通过在系统中引入阻尼器、减振器等来消耗振动能量，从而减小振动的幅度。

主动控制是基于感知振动信号的反馈控制技术，通过激励装置和传感器来测量和补偿振动信号，从而实现振动的主动抑制。

半主动控制是被动控制和主动控制的折衷方案，透过智能材料的调控改变其刚度和阻尼特性，以实现振动的控制。

除了上述传统的噪声振动控制技术，近年来还涌现出一些新的方法和技术。

比如，基于智能材料的振动控制技术，通过利用智能材料的特殊性能，如压电效应、磁致伸缩效应等，来实现对动力系统振动的控制。

此外，声波抗振技术也是一种有效的噪声振动控制手段，通过声波在材料中的传播和干涉，实现噪声和振动的抑制。

在具体的动力系统中，不同的应用场景可能需要针对各自的特点进行不同的噪声振动控制技术研究。

例如，在航空航天领域，发动机的噪声振动控制是一个关键问题。

通过优化发动机结构设计、改进材料和加工工艺等手段，可以有效减小发动机的噪声振动。

另外，汽车行业也是噪声振动控制技术的重要应用领域。

通过合理设计悬挂系统、减震器等，可以降低汽车行驶过程中产生的振动和噪声。

在动力系统噪声振动控制技术的研究中，还应注重与可持续发展和环保的结合。

传统的噪声振动控制技术往往会带来能耗和材料浪费等问题。

洗衣机噪音的减振与消除技术研究噪音是洗衣机使用过程中的一个常见问题，不仅会影响用户的生活质量，还可能对周围环境产生干扰。

因此，研究洗衣机噪音的减振与消除技术具有重要的意义。

本文将探讨几种主要的洗衣机噪音减振与消除技术。

一、结构优化洗衣机噪音主要来源于电机、齿轮传动、转动筒和底座等部件的振动与运动。

通过对洗衣机结构进行优化设计，可以减少振动和噪音的产生。

首先，要选用高品质的材料，提高结构的刚度，减少共振现象。

其次，合理设计结构布局，采用合适的支撑点和连接件，使得各个部件之间的传力更加平稳，减少震动传递的途径。

此外，还可以加装隔音材料，如橡胶垫，将振动与噪音有效地吸收和隔离。

二、振动控制技术振动控制是减振和消除洗衣机噪音的关键技术之一。

通过采用主动、半主动和被动控制方法来实现。

主动振动控制技术利用传感器感知洗衣机的振动，并根据反馈信号控制电机转速和适度的振动补偿，从而减少振动和噪音。

半主动振动控制技术利用可调阻尼器、弹簧等装置调整系统的特性，减少振动能量的传递。

被动振动控制技术则通过添加消振器、减振垫等装置来抑制振动的传递和减少噪音。

三、减少摩擦声摩擦声是洗衣机使用过程中常见的噪音源之一。

为减少摩擦声的产生，可以采用润滑剂或减摩材料，例如在关键部位添加油脂或润滑剂，降低摩擦系数，减少噪音产生。

此外，还可以利用减摩薄膜技术，将具有减摩性能的薄膜涂覆在洗衣机关键部位，从而降低噪音的影响。

四、控制电机噪声洗衣机电机的噪声是影响洗衣机使用效果的关键之一。

为控制电机噪声，可以从以下几方面着手。

首先，选择低噪音的电机，尽量减少电机本身的噪声产生。

其次，采用电机隔声罩，将电机置于密封的隔声罩内，减少电机噪音的传递。

此外，还可以通过声音的吸收和隔离，如添加隔音棉等方法，减少电机工作时所产生的噪音。

五、噪声监测与控制系统为进一步减振和消除洗衣机噪音，可以采用噪声监测与控制系统。

该系统通过传感器实时监测洗衣机的噪音，并根据预设的噪音控制标准，自动调节洗衣机的工作状态和控制参数，使得噪音保持在接受范围内。

随机、智能结构随机振动分析与主动控制研究随机、智能结构随机振动分析与主动控制研究一、引言随机振动是工程结构在实际运行过程中普遍存在的现象之一，其对于结构的稳定性和安全性具有重要影响。

传统的结构振动分析方法主要基于确定性的力学模型，无法有效预测和控制结构在不确定环境下的随机振动行为。

因此，随机振动分析与主动控制成为了当今结构工程领域的热点研究方向。

二、随机振动分析方法随机振动分析方法主要包括统计分析和模拟方法。

统计分析方法通过统计学的概率方法研究结构在不确定环境下的振动特性。

常用的统计分析方法有功率谱分析、概率密度函数分析和相关函数分析等。

模拟方法则通过利用数值计算和仿真技术，模拟结构在不确定环境下的振动响应。

三、智能结构与振动控制智能结构是指具有感知、计算和执行能力的结构系统，能够根据结构的实际工况自主调整结构的性能。

智能结构的出现为结构振动的主动控制提供了新的途径。

智能材料和智能控制技术是实现智能结构的关键。

智能材料能够根据环境变化自主调整其力学性能，从而实现结构的自适应。

智能控制技术采用传感器和执行器对结构振动进行实时监测和调控，以抑制结构的振动响应。

四、随机振动与主动控制的结合随机振动与主动控制相结合，可以有效地降低结构振动对结构安全性和舒适性的影响。

通过智能结构技术和振动控制策略，可以在结构受到随机激励时主动调整结构的刚度、阻尼和质量等特性，从而减小结构振动响应。

具体而言，主动控制技术包含自适应振动控制和半主动振动控制两种方法。

自适应振动控制方法通过实时监测振动信号，根据反馈控制原理调整结构的控制参数，实现结构的振动抑制。

半主动振动控制方法则采用可调阻尼器或扭转梁等装置，通过控制这些装置的特性来主动消耗结构的振动能量。

五、研究现状与进展目前，随机振动分析与主动控制研究方向取得了许多重要的进展。

在振动分析方面，研究者通过建立随机结构模型，运用统计学和概率方法对随机振动进行了深入研究。

在振动控制方面，智能材料和智能控制技术的发展为实现结构的主动控制提供了新的思路和方法。

耗能方案性能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏，可能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的情况下，结构构件的尺寸可能需做得很大木工程领域新兴一种新型的抗震方式——结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结构半主动控制和混合控制。

是由控制装置随结构一起振动变形而被动产生的。

被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和吸是由控制装置按某种控制规律，利用外加能源主动施加的。

主动控制系统由传感器、运算器和施力作术。

主动控制有主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动可变刚度系统（AVSS）、主动质期开始研究主动控制。

目前，主动控制在土木工程中的应用已达30多项，如日本的Takenaka实验控制力虽也由控制装置自身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制装置可以利用外加能源主动调置、半主动TMD、半主动力触动器、半主动变刚度装置和半主动变阻尼装置等。

主动控制，或者是同时应用不止一种的被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和每一种控制装：同时采用AMD和TMD的混合控制系统、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动控制和京的清水公司技术研究所。

，但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加能源较大，加之控制装置的控制的算法比较复杂，而且存好，容易实现，目前发展最快，应用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定程主动控制低廉，而且不需要较大的动力源，因此其具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合了某几和耗能减震技术。

置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震破坏。

目前研究开发的基础和混合隔震等。

近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研究，因此，隔震技术也得到了飞速：日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。

最近有使结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构振尼器（TLD）；（3）质量泵；（4）液压—质量控制系统（HMS）；（5）空气阻尼器。

智能材料在结构振动控制中的应用研究近年来，随着科学技术的不断发展，智能材料在结构振动控制领域中的应用越来越受到重视。

智能材料具有感知、响应和控制等特性，通过其独特的性质，可以有效地控制结构的振动，提高结构的稳定性和安全性。

本文将重点探讨智能材料在结构振动控制中的应用研究。

一、智能材料概述智能材料是一类具有自主感知、主动响应能力的材料。

其特点是能够根据外界的刺激进行改变和调节，以实现对结构振动的控制。

常见的智能材料包括形状记忆合金、压电材料、磁流变材料等。

这些材料在结构振动控制领域中具有广泛的应用前景。

二、智能材料在结构振动控制中的应用1. 形状记忆合金在结构振动控制中的应用形状记忆合金是一种能够改变其形状和尺寸的特殊合金材料。

在结构振动控制中，通过在结构上安装形状记忆合金片或丝，可以实现对结构的形状和刚度的调节，从而减少结构的振动。

形状记忆合金具有反应速度快、控制精度高等优点，在航空、建筑等领域中得到广泛应用。

2. 压电材料在结构振动控制中的应用压电材料是一种在电场作用下会产生应变的材料。

当压电材料受到外界振动刺激时，会产生电荷变化，通过外加电场调节，可以实现对结构振动的控制。

压电材料具有响应速度快、能量转换效率高等优点，在汽车、飞机等领域中广泛用于振动控制。

3. 磁流变材料在结构振动控制中的应用磁流变材料是一种能够在外加磁场作用下改变其流变特性的材料。

在结构振动控制中，通过在结构上安装磁流变材料，可以实现对结构的刚度和阻尼特性的调节，从而减少结构的振动。

磁流变材料具有调节范围广、快速响应等优点，在桥梁、建筑等领域中被广泛运用于振动控制。

三、智能材料在结构振动控制中的研究进展目前，智能材料在结构振动控制领域中的应用研究已取得了许多进展。

研究者们通过理论分析和实验验证，不断改进智能材料的性能和控制方法，以提高结构的振动控制效果。

同时，他们还针对不同领域和不同类型的结构，进行了多方面的应用研究，推动了智能材料在结构振动控制中的发展。

基于正逆压电效应的高能效振动半主动控制方法作者：虞丽塬吴义鹏刘轩裘进浩季宏丽来源：《振动工程学报》2023年第04期摘要基于同步開关阻尼（Synchronous Switch Damping，SSD）技术的压电振动半主动控制方法主要利用控制电路中的同步开关和等效LC振荡电路，实现压电电压的同步翻转，使得压电驱动力始终和结构振动速度同相位，用较低的能耗高效地抑制结构振动。

然而常见的压电驱动元件如压电叠堆、压电纤维复合材料等，其允许工作电压变化范围是不对称的，采用对称翻转的SSD技术难以充分利用压电元件的机电转化性能。

提出了一种基于双向压电效应的SSD技术，通过对压电电压上翻时注能、下翻时吸能的操作，最大化控制系统能效，并充分匹配压电元件的机电转化潜能。

介绍了所提SSD方法的工作原理，推导了非对称翻转条件下结构的振动衰减模型，实现了非对称翻转SSD控制电路，并通过实验进行了验证。

研究结果表明，所提SSD方法可以通过控制注能开关占空比及吸能电路等效负载自适应地调节压电电压的上、下翻转因子，最终实现高能效的结构振动衰减效果。

关键词振动控制; 振动能量收集; 同步开关阻尼; 压电; 反激变压器引言振动作为工业生产和日常生活中常见的物理现象，对其进行抑制［1］或利用［2］的研究价值不言而喻。

以结构振动控制为例，一类基于电磁和压电驱动器的分流阻尼技术得到了广泛的研究［3］。

前者利用永磁体和电磁铁之间的相对运动产生感应电动势；后者利用正压电效应产生感应电压，然后通过相应的分流电路耗散电能，最终达到抑制结构振幅的目的。

例如，Behrens等［4］使用一种并联了RC串联谐振分流电路的电磁换能器抑制结构在固有频率下的振动。

Cheng等［5］采用一种多模态电磁分流阻尼器实现柔性梁结构的半主动振动抑制。

文献［6⁃8］设计了负电阻和负电感负电阻电磁分流阻尼器，增加了系统的感应电流和阻尼，提高了结构振动的控制效果。

另外，负电感可以抵消电磁铁的固有电感，当分流电感和电磁铁的电感相等时，由线圈和分流电感组成的电路阻抗将是一个纯电阻，分流电流将与频率无关，获得了多模态振动控制的能力。

基金项目:国家自然科学基金资助项目(10472039);兰州理工大学学术梯队特色研究方向重点资助计划基金项目(T 200207)收稿日期:2006-11-28　收修改稿日期:2007-03-11压电材料与智能结构在振动控制中的研究与前景展望田海民1,缑新科1,2(1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州　730050;2.兰州大学力学系,甘肃兰州　730000) 摘要:智能结构具有自诊断、自适应特性,越来越多地应用于航天结构、机器人、高精度光学系统等方面。

压电材料具有正、逆压电效应,既可以作为作动器又可做传感器,因而常被应用于智能结构。

基于压电材料的特点介绍了振动控制方法,对目前智能结构在振动控制领域的应用现状进行了回顾,最后指出了今后需要解决的主要问题。

关键词:压电材料;智能结构;振动控制中图分类号:T B381 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2007)08-0007-03Application and Development Trend of Vibration ControlB ased on Piezoelectric Materials and I ntelligent StructuresTI AN Hai 2min 1,G OU X in 2ke 1,2(1.College of E lectrical E ngineering and I nform ation E ngineering ,Lanzhou U niversity of T echnology ,Lanzhou 730050,China ;2.Dep artment of Mech anics ,Lanzhou U niversity ,Lanzhou 730000,China)Abstract :Intelligent structure has the characters of self 2diagnosis ,self 2adaptation.S o it is widely used in the fields of large 2scale aerospace structure ,robot ,the high 2accuracy optical system and other areas.Sens or and actuator based on the intrinsic direct and converse piezoelectric effects of piezoelectric materials have been widely used in intelligent structures.The methods of vibration control based on the characters of piezoelectric materials were introduced.Application of piezoelectric materials in vibration control now have been reviewed and the main problems still need to s olve were raised.K ey w ords :piezoelectric material ;intelligent structure ;vibration control 0　引言随着航空航天、机器人、微电子机械等高新技术的发展,对系统振动的抑制成为各种系统设计的一个重要问题。

高铁列车中的振动监测与控制技术研究高铁列车作为一种重要的交通工具，具有速度快、效率高、安全可靠等特点，日益成为人们出行的首选。

然而，高速列车在运行过程中会受到各种外界因素的影响，如不平整的轨道、车辆自身的振动等，这些振动对列车的运行、乘客的舒适度和列车设备的正常工作都有一定的影响。

因此，研究高铁列车中的振动监测与控制技术，对于确保列车运行的安全、提高运行效率和乘客舒适度具有重要意义。

高铁列车的振动监测系统主要由传感器、信号处理器、数据记录器和监测站组成。

传感器被安装在列车的不同位置，用于感知列车在运行过程中产生的振动。

信号处理器负责采集和处理传感器获取到的振动数据，转化为可供分析和判断的数字信号。

数据记录器则用于存储处理后的数据，在列车停靠监测站时进行数据传输和分析。

监测站负责实时监测和分析振动数据，根据分析结果进行维修和调整。

高铁列车的振动控制技术主要包括主动控制和被动控制两种方法。

主动控制通过传感器对列车振动进行实时监测，并根据监测结果对列车进行动态调整。

这种方法可以有效地减少列车在运行过程中的不平顺，提高乘客的舒适度。

被动控制则是通过改进列车的结构和减震装置来减少振动的传播和干扰。

这种方法主要通过减少隔振垫和减震器的刚度来减小振动幅度，使列车运行更加平稳。

在高铁列车中应用振动监测与控制技术可以带来许多好处。

首先，它可以提高列车的运行安全性。

通过实时监测列车振动情况，及时发现轨道或车辆出现的异常状况，减少事故的发生概率。

其次，该技术可以改善乘客的乘车体验。

高速列车因运行速度快，对振动的要求较高，通过控制和减小振动幅度，可以提升列车的舒适度，减少乘客的不适感。

此外，振动监测与控制技术还可以延长列车的使用寿命，减少列车维修和更换的成本。

基于振动监测与控制技术的高铁列车，还可以提供有价值的大数据。

通过分析长期收集到的振动数据，可以了解列车运行状况、轨道状态和车辆磨损情况等信息，为高铁列车的运维管理提供科学依据。

土木工程中的智能感知与自适应控制技术研究在当今科技飞速发展的时代，土木工程领域也迎来了一系列的创新与变革。

其中，智能感知与自适应控制技术的出现，为土木工程的设计、施工和运维带来了全新的思路和方法。

这些技术的应用不仅提高了工程的安全性和可靠性，还优化了资源利用，降低了成本，对土木工程的可持续发展具有重要意义。

智能感知技术是获取土木工程结构和系统状态信息的关键手段。

通过在结构中嵌入各种传感器，如应变传感器、位移传感器、加速度传感器等，可以实时监测结构的受力、变形和振动等情况。

这些传感器能够将采集到的物理量转化为电信号，并通过数据传输系统发送到中央处理单元进行分析和处理。

与传统的监测方法相比，智能感知技术具有更高的精度、更快的响应速度和更强的抗干扰能力。

例如，在大型桥梁的监测中，智能感知技术可以精确地测量桥梁在车辆荷载和自然环境作用下的变形和应力分布。

通过对这些数据的分析，可以及时发现桥梁结构的潜在问题，如裂缝的产生、支座的位移等，并采取相应的维护措施，保障桥梁的安全运营。

在高层建筑的监测中，智能感知技术可以实时监测建筑物在风荷载和地震作用下的振动响应，为结构的抗震设计和抗风设计提供重要的依据。

自适应控制技术则是根据智能感知系统获取的信息，对土木工程结构和系统进行主动调节和控制，以达到预定的性能目标。

自适应控制技术的核心是控制器的设计，控制器能够根据输入的监测数据和预设的控制策略，计算出所需的控制动作，并通过执行机构施加到结构上。

在土木工程中，自适应控制技术的应用主要包括结构振动控制和形状自适应控制等方面。

结构振动控制是通过施加控制力来减小结构在地震、风等动力荷载作用下的振动响应。

常见的振动控制装置有调谐质量阻尼器（TMD）、主动质量阻尼器（AMD）和磁流变阻尼器（MRD）等。

这些装置可以根据结构的振动状态自动调整阻尼力或控制力的大小和方向，有效地降低结构的振动幅度，提高结构的舒适度和安全性。

形状自适应控制则是通过改变结构的形状或几何参数，来适应不同的荷载条件和使用要求。

智能材料在土木工程结构振动控制中的应用摘要:随着材料技术的发展,土木工程结构振动控制用传感和驱动装置也随之智能起来,其中包括:电磁流变材料、磁致伸缩材料、记忆合金材料、压电材料等,智能材料的广泛使用,帮助工程结构抵抗振动的影响。

本文从振动控制的形式开始,进而介绍了主流智能材料在工程结构振动控制中的应用。

关键词:振动控制智能材料1 土木工程中的振动控制1.1 对结构振动的主动控制这种控制方式主要从分析外部的能量在振动中的作用入手,找到控制的要点,然后对土木结构施加一个主动的控制力,从而实现减轻振动的目的。

主动控制面对的核心问题是,对控制力的计算和控制装置的设计,广泛的采用的计算方法是通过二次型线性优化和模态优化、极值的配合或者优化、预测模式优化等等,这些控制方式都是基于对结构受力的分析和数学模拟的实现,然后对其数据所形成的线性规律进行调整,并实现优化,以此完成对振动的控制。

在主动控制中,通常采用的控制方式有:质量阻尼控制形式、主动拉索控制形式、主动支撑结构形式、空气动力学设施形式、气动脉冲发生器控制等。

1.2 不完全主动控制这样的控制形式,主要是适应性的在土木工程结构上产生抗力,来减轻振动对其的影响。

和主动控制不同的是,该控制方式对结构施加的外部能量较小,在设计和维护中成本较低,而且结构简单,容易实现。

在实际的应中,不完全主动控制的效果和主动控制也不相上下,所以不完全主动控制成为了研究的热点。

普遍应用的不完全主动控制的形式有:质量阻尼主动参数协调系统、刚度可变结构、阻尼可变结构、刚度和阻尼综合控制系统。

1.3 智能化振动控制智能化结构振动控制系统是土木工程振动控制的前沿技术,智能控制的主要思路就是利用智能化的优化计算配合材料的使用,实现对结构振动的智能化、应激化控制,以此让土木工程的震动控制更加的合理和有效。

智能化控制的主要研究方向是智能模拟算法的线性调整和参数优化和通过智能材料制成可调节的阻尼装置和智能驱动器。

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磁流变液阻尼器在振动控制中的应用作者：蒋涛张启焕刘浩来源：《山东工业技术》2014年第21期摘要：磁流变液阻尼器的主要工作原理是通过改变磁场强度使阻尼器工作间隙中的磁流变液表观粘度产生相应的改变，从而使阻尼力发生改变，已广泛应用于结构的半主动控制领域。

半主动控制是一种混合的控制方法，与主动控制相比，具有耗能小，结构简单的优点，与被动控制相比，具有性能可以根据环境而改变，适应性强的优点，基于磁流变液阻尼器的结构半主动控制已在汽车悬架系统的振动控制、建筑与桥梁的结构减振控制中得到广泛应用。

关键词：磁流变液阻尼器；阻尼力；振动控制；半主动控制0 引言磁流变液，通常被简称为：MR流体（Magnetorheological Fluid），是一种可以在外加磁场作用下流变特征发生巨大变化[1]的可控流体。

作为新型智能材料的一种前景相当广泛。

磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，它在固液两态之间可以进行毫秒级的快速可逆转变，其粘度保持连续变化，可对其进行实时控制，耗能极小[2]。

提到振动，大家都不会陌生。

不论是汽车还是火车，乃至是飞机，都会在运行过程中产生振动，从而降低乘客的舒适度，这种情况飞机尤其突出。

这里面的振动是机械振动，也就是物体在平衡位置附近做出的往复运动。

在精密机械加工技术领域，如果在通常的环境下进行工作，由于严重的振动干扰，工作就无法正常进行，精密定位变得无法实现。

现代建筑物高度不断增长，尤其是越来越多的摩天大楼拔地而起，这使得建筑物受风载荷后振动变得非常严重，另外，有可能发生的地震对建筑物也会有巨大的破坏作用[3]。

1 磁流变液阻尼器2 振动控制从引言可知，严重的机械振动对各种结构会造成损坏，会使人们产生不舒服的感觉，所以设法减小振动带来的影响非常重要。

所谓振动控制，就是指对系统的动态响应或不稳定性加以控制，将系统的振动水平控制在允许的范围内[5]。

一般将振动控制方法分为主动控制、被动控制和半主动控制三种[6]。

智能材料在机械工程中的应用探究一、智能材料的定义和特点智能材料是指能够根据外部环境的变化产生响应并进行相应调节的一类特殊材料。

智能材料通常具有以下几个特点：第一，能够感知外界环境的变化。

第二，能够通过内在的机制对外界环境进行反应。

第三，能够自主地进行调节和控制。

二、智能材料在机械工程中的应用智能材料作为一种新型材料，具有很大的潜力在机械工程领域中得到应用。

以下是一些智能材料在机械工程中的具体应用探究。

1. 智能材料在振动控制中的应用振动控制是机械工程中非常重要的一个研究领域。

智能材料可以通过调节自身的力学性能，在振动会引起的机器和结构中产生控制效应。

例如，使用智能材料制造的振动控制器能够在机械设备运行过程中实时调节，降低振动，并提高设备的运行效率和寿命。

2. 智能材料在传感器和执行器中的应用传感器和执行器在机械工程中扮演着关键的角色。

智能材料可以用于制造高灵敏度和高稳定性的传感器。

例如，使用智能材料制造的应变传感器可以实时感知结构的变形情况，并通过传感器输出的信号进行控制和调整。

同样，智能材料也可以用于制造能够实现精确动作的执行器。

3. 智能材料在结构监测和维修中的应用结构的监测和维修对于机械工程来说是十分重要的。

智能材料可以用来制造结构监测传感器和自愈合材料。

通过与智能材料相连的传感器，结构的运行状态可以实时监测，并在出现问题时及时进行维修。

此外，使用智能材料制造的自愈合材料能够自动修复结构中的损伤，从而延长结构的寿命。

4. 智能材料在机器人技术中的应用机器人技术是现代机械工程领域的一个新兴方向。

智能材料可以为机器人提供更加灵活和多样化的运动方式。

例如，使用智能材料制造的柔性关节能够使机器人的运动更加自由、精确，并且能适应各种复杂环境。

三、智能材料应用的挑战和发展方向虽然智能材料在机械工程中的应用前景广阔，但是也面临着一些挑战。

首先，智能材料的制造成本较高，需要进行进一步的降低。

其次，智能材料的可靠性和稳定性也需要被进一步提高，以满足机械工程实际应用的要求。