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。

第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2压电智能结构振动控制的研究概况

1.3自适应滤波振动主动控制技术

1.4本书的主要研究内容及章节分配

1.5本章小结

第二章压电智能结构动力学分析

2.1引言

2.2压电智能结构的动力学建模概况

2.3压电传感作动原理

2.4压电智能梁的动力学

2.5压电智能框架结构的动力学

2.6本章小结

第三章压电智能结构的传感器/作动器优化配置

3.1引言

3.2压电元件优化配置的研究现状

3.3传感器/作动器优化配置准则

3.4基于粒子群的传感器/作动器优化算法

3.5压电智能框架结构的构建

3.6本章小结

第四章自适应滤波器原理及其最小均方算法

4.1引言

4.2自适应滤波器的基本原理

4.3最小均方算法

4.4算法收敛条件讨论

4.5本章小结

第五章滤波-E LMS自适应滤波控制算法

5.1引言

5.2滤波-E LMS(FELMS)算法的提出

5.3FELMS算法流程分析

5.4FELMS算法稳定性分析

5.5算法仿真分析

5.6本章小结

第六章有限脉冲响应自适应滤波控制策略

6.1引言

6.2自适应滤波-X LMS振动控制算法

6.3改进型滤波-X LMS算法

6.4算法仿真分析

6.5本章小结

第七章无限脉冲响应自适应滤波控制策略

7.1引言

7.2自适应滤波-U LMS振动控制算法

7.3改进型滤波-U LMS算法

7.4算法的性能分析

7.5算法仿真分析

7.6本章小结

第八章实验平台构建与实验结果分析

8.1引言

8.2实验平台开发与构建

8.3自适应滤波振动控制实验方法与步骤

8.4自适应滤波-X实验与结果分析

8.5自适应滤波-U实验与结果分析

8.6本章小结

第九章结论与展望

9.1结论

9.2展望

参考文献2100433B

压电智能减振结构在改善薄壁结构动力学性能中发挥着重要作用。本项目以压电智能结构减振和降低能耗的需求为背景，深入研究基于主动控制的压电智能结构拓扑优化基础机理，发展考虑减振性能压电智能结构拓扑优化方法，研究压电智能减振结构优化中能耗约束的合理提法，并应用于形状固定压电组件—承载结构集成动力拓扑优化设计之中。针对主动振动控制下合理的压电材料拓扑优化模型、主动振动控制能耗对压电智能结构拓扑优化的正则化机理、压电智能结构动力学响应的高精度灵敏度分析算法等关键科学问题，预期在建立合理的压电智能减振结构拓扑优化列式及求解方法、提出考虑主动振动控制能耗的压电智能结构拓扑优化新模型、建立状态空间下结构动力响应的高精度灵敏度分析方法开展系统的创新性研究。项目将对深入理解压电智能减振结构设计机理，完善压电智能结构动力学优化方法，对提高减振结构设计水平具有指导意义。

目录

丛书序

前言

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 智能材料与结构 2

1.2.1 智能材料与结构的定义 2

1.2.2 智能材料与结构的发展 3

1.3 基于压电智能结构的振动控制 3

1.3.1 被动控制方法 4

1.3.2 主动控制方法 7

1.3.3 半主动控制方法 10

1.4 本书内容和章节安排 12

1.5 参考文献 13

第2章 压电智能结构的建模 16

2.1 压电方程 16

2.1.1 压电功能元件的本构方程 16

2.1.2 特定力学条件下的压电方程 18

2.2 压电材料的机电耦合系数 19

2.3 压电梁的振动 21

2.3.1 压电梁的运动方程 21

2.3.2 压电梁的模态运动方程 26

2.4 压电板的振动 29

2.4.1 压电板的运动方程 29

2.4.2 压电板的模态运动方程 33

2.5 压电智能结构的基本特性 35

2.5.1 电学边界条件对压电结构刚度与固有频率的影响 35

2.5.2 结构机电耦合系数与机械品质因子 36

2.6 压电智能结构的状态空间模型 37

2.6.1 使用压电传感器的状态方程 37

2.6.2 使用位移传感器的状态方程 38

2.7 压电智能结构的振动响应 39

2.8 结构模型参数的实验测试方法 41

2.9 参考文献 42

第3章 同步开关阻尼半主动方法的控制原理 44

3.1 SSDS 控制方法[13， 14] 44

3.2 SSDI 控制方法[7， 14] 46

3.3 SSDV 控制方法[9， 14] 48

3.4 振动控制实验验证 50

3.4.1 实验装置 50

3.4.2 三种方法的控制效果比较 50

3.5 参考文献 53

第4章 自适应SSDV 半主动控制方法 54

4.1 改进的SSDV 技术[1] 54

4.2 基于位移梯度的自适应SSDV 方法[2] 55

4.3 基于LMS 算法的自适应SSDV 方法[4] 55

4.3.1 LMS 算法原理 56

4.3.2 LMS 算法在自适应SSDV 中的应用 57

4.4 振动控制实验验证 58

4.4.1 传统SSDV 的控制效果 58

4.4.2 改进的SSDV 的控制效果 59

4.4.3 基于位移梯度的自适应SSDV 的控制效果 59

4.4.4 基于LMS 算法的自适应SSDV 的控制效果 61

4.5 参考文献 63

第5章 任意开关切换下的能量转换 65

5.1 特定条件下切换参数对控制效果的影响 66

5.1.1 切换相位对控制效果的影响 66

5.1.2 切换频率对控制效果的影响 67

5.1.3 随机切换时的控制效果 73

5.2 一般条件下切换参数对控制效果的影响[11] 76

5.2.1 压电元件上切换电压的一般形式 76

5.2.2 简谐振动下的开关切换电压一般形式 79

5.2.3 切换频率对SSD 控制中能量转换的影响 82

5.2.4 切换频率对SSDI 控制效果的影响 86

5.2.5 切换频率对SSDV 控制效果的影响 88

5.3 参考文献 89

第6章 SSD 多模态振动控制方法 91

6.1 多模态系统的总机电转换能量 91

6.2 多模态开关控制方法 95

6.2.1 基于位移阈值的多模态开关控制方法 95

6.2.2 基于能量阈值的多模态开关控制方法 95

6.2.3 控制效果验证 96

6.3 不同频率比和幅值比对机电转换总能量的影响[15] 101

6.3.1 传统极值切换下的机电转换总能量 101

6.3.2 减少极值切换下的机电转换总能量 104

6.4 不同频率比和幅值比对每个模态转换能量的影响 107

6.4.1 每个模态的机电转换能量方程 107

6.4.2 传统开关下的每个模态的机电转换能量 109

6.4.3 改进开关下的每个模态的机电转换能量 110

6.5 参考文献 113

第7章 基于负电容的同步开关阻尼半主动振动控制方法 115

7.1 SSDNC 控制电路 115

7.2 SSDNC 控制原理 117

7.2.1 压电元件上电压的瞬态响应 117

7.2.2 初次开关切换前后压电元件上的电压 118

7.2.3 压电元件上电压的稳态响应 119

7.2.4 控制系统的稳定性分析 120

7.2.5 最优控制下的能量转换 120

7.2.6 最优控制下的控制效果 121

7.2.7 控制效果的实验验证 122

7.3 切换频率对控制效果影响 123

7.3.1 切换频率对电压的影响 124

7.3.2 切换频率对能量转换的影响 126

7.3.3 切换频率对控制效果的影响 130

7.4 参考文献 133

第8章 非对称同步开关阻尼半主动振动控制方法 135

8.1 非对称半主动振动控制电路[4] 135

8.2 非对称半主动振动控制原理 136

8.2.1 控制过程中的电压变化 136

8.2.2 电压非对称比例系数 142

8.3 非对称同步开关阻尼半主动振动控制实验验证[4] 144

8.3.1 控制电压 144

8.3.2 控制效果 146

8.4 参考文献 1482100433B

《压电半主动振动控制--同步开关阻尼技术》简要地介绍了压电智能结构振动控制技术的必要性及其发展与应用现状，系统地阐述了压电同步开关阻尼（synchronized switch damping，SSD）半主动振动控制方法的基础理论与应用探索。其中，SSD半主动振动控制系统的机电耦合和能量转换模型、SSD振动控制效果的参数影响规律、提高SSD单模态与多模态半主动振动控制效果与鲁棒性的方法设计、负电容SSD半主动振动控制方法以及非对称SSD振动控制方法等内容是《压电半主动振动控制--同步开关阻尼技术》的重点。