压电桁架中作动器与传感器的优化布置研究
近年来，世界的航天事业尤其是我国的航天事业的发展蒸蒸日上，同时桁架结构在航天工程中应用也越来越广泛。但是桁架结构在太空中存在着潜在的危险，这是因为外空中的介质含量及其稀薄，如果桁架结构在外空中受到某种激励，很容易产生振动并且在短时间内达到稳定状态比较困难，这对航天结构系统本身和安装在系统上的仪器与设备是不利的。解决这个问题的最好方法是振动进行主动的控制，这就需要在航天桁架中布置传感器和作动器，利用传感器和作动器适时的对航天桁架的响应进行监测和控制。虽然较多的传感器和作动器能够获得比较全面的信息和产生较大的阻力，然而如果传感器与作动器的数目过多、位置布置不合理，则不仅会使控制的效果下降还会增加能耗，‘严重时还会破坏整个控制系统。因此，我们需要对桁架中传感器与作动器的数目和位置进行优化，以便可以以合理的作动器与传感器的数目和位置对航天桁架进行控制。这有很好的理论意义和实际的应用价值。
本文以压电智能桁架为研究对象，利用压电片的正、逆压电效应，分析主动杆件与结构的机电耦合作用，并建立含有传感器与作动器的智能桁架有限元模型。针对遗传算法在收敛问题对遗传算法的算子进行改进，同时针对遗传算法求解多目标求解时因采用传统固定权数方法确定目标的权重系数存在的主观性缺点，本文采用随机权数方法进行改进。同时本文应用ANSYS的参数设计语言对空间桁架进行建模和求解，并给出部分的命令流。
最后本文以作动效率为准则，运用改进后的遗传算法对桁架中传感器与作动器的数目和位置布置进行优化，经过对优化结果的分析可知，本文方法具有较好的优化效果。
航天工程;压电智能桁架;遗传算法;传感器;作动器;位置布置
河北工程大学
硕士
结构工程
张京军
2012
中文
V214;V241.6
72
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）