主动约束层阻尼结构振动控制试验研究

　　1 引 言

　　压电约束层阻尼结构通过约束层将主动阻尼与被动阻尼结合在一起,可使动力系统稳定性增强,并能提供可调阻尼。事实上,压电约束层不仅具有被动约束层阻尼的特点,而且在可控电场下能够使粘弹性材料层产生主动的附加剪切变形,这正是对阻尼材料提供阻尼性能的基础。因此,压电约束层阻尼结构在振动与噪声控制中具有广泛应用前景。

　　为了实现对实际复杂结构的主动约束层阻尼)也即主/被动混合型振动控制,特别是为了使分布式压电驱动器/传感器能够适应实际飞机结构振动控制的需要,考虑到飞机薄壁结构最主要的前几阶模态振动,采用独立模态控制是比较理想和实际的解决方法。该控制方法首先是通过分布式压电传感器使其响应变换到模态坐标域内,经对各相应模态的控制器设计和广义力优化后,再经分布式压电驱动器完成无溢出的闭环控制。本文仅对主/被动混合型约束层阻尼结构振动控制试验研究作简要介绍,并总结主动约束层阻尼结构减振降噪方法的主要优缺点,其理论分析参见文献[1、2],主动约束层阻尼结构减振降噪方法在国产运七飞机舱壁蒙皮结构上的应用实践详见有关研究报告。

　　2 主动约束层阻尼板试验及试验结果分析

　　2.1 试验件结构

　　为验证采用压电材料为驱动器/传感器和基于独立模态的主动约束层阻尼结构减振降噪控制效果,同时为在实际飞机舱壁蒙皮结构上的试验研究获取经验,特选择一悬臂板结构为试验件。悬臂板结构基板为100mm×190mmLy12CZ铝板,厚1.2mm。为便于比较,纯主动和主、被动混合控制采用两块相同基板,3个25mm×15mm、厚05mmPZT压电驱动器、传感器及由压电片与粘弹性材料组成的主动压电约束阻尼层,分别布置在悬臂板靠近根部的相同位置,阻尼材料为ZN11F,阻尼层面积75mm×45mm,厚0.8mm。独立的激励力由分布在悬臂板反面靠近板根部的3个25mm×15mm,厚05mmPZT驱动器提供。PZT压电驱动器采用环氧树脂胶与铝板粘接。试验件结构示意图如图1。

　　2.2 试验系统

　　图2所示为试验系统框图。独立的激励信号由信号源产生,经高压功率放大器加于驱动器上。传感器信号和控制信号分别由A/D采集器和D/A根据控制器输入信号产生。控制电压信号通过高压功放后面板专用输出接口经A/D转换器采集。

　　2.3 试验结果及分析

　　在试验中,首先利用信号源作正弦扫频,对图1所示两种悬臂板结构分别进行模态识别,基于独立模态控制方法,对由扰动信号激起的前几阶敏感模态进行主动及主、被动混合控制试验,为便于比较,对两种结构所控模态分别采用相同电压激励信号输入。以下就部分典型试验结果(即一阶弯曲和三阶弯曲模态)进行分析总结。图3为纯主动控制与不控制时悬臂板结构的一阶弯曲振动时域响应曲线,振动频率26.6Hz,曲线表明,开时的峰值响应为-52V~+5.2V,闭环时的峰值响应为-0.5V~+0.5V,控制效果约为86%;图4所示为驱动器控制电压信号时域曲线,图5所示为激励电压信号时域曲线。图6为图1所示主、被动开环与闭环控制悬臂板结构的一阶弯曲振动时域响应曲线,由于阻尼层的附加其振动频率降到2515Hz。曲线表明,开环时的峰值响应电压为-3.lV~+3V,同图3所示曲线相比,被动的阻尼控制效果约为35%,闭环时的峰值响应为-1.2V~+1V,其控制效果提高到70%,图7为驱动器(即主动约束层)控制输入电压信号时域曲线。从图4和图7曲线中可以看到由于被动阻尼作用,两种控制状态在控制效果调整至最佳时的驱动器所需输入电压是不同的,即后者所需电#压要小。在完成主被动控制时的激励电压输入与纯主动控制时相同,如图4所示(幅值电压相同,但频率为25.5Hz)。