Aktywne tłumienie drgań płyty prostokątnej za pomocą piezoelektrycznych elementów pomiarowych oraz wykonawczych

W artykule analizowano proces aktywnego tłumienia drgań płyty prostokątnej wykorzystując piezoelektryczne elementy pomiarowe i wykonawcze. Do ustalenia optymalnej pozycji i orientacji piezoelektrycznych elementów pomiarowych oraz wykonawczych wykorzystano algorytm genetyczny. Do aktywnego tłumienia drgań płyty opracowano algorytm sterowania ujemnego prędkościowego sprzężenia zwrotnego. Przeprowadzono wiele symulacji aby wykazać przydatność algorytmu genetycznego wykorzystanego do optymalizacji lokalizacji oraz orientacji elementów piezoelektrycznych zamocowanych do cienkiej płyty. Założono, że piezoelektryczne elementy pomiarowe oraz wykonawcze są idealnie połączone z powierzchnią płyty. Podczas analiz obciążeniowych zastosowano funkcję krokową koncentrując obciążenie w miejscu leżącym poza środkiem płyty. Po umieszczeniu elementów piezoelektrycznych w optymalnej lokalizacji, amplitudy drgań płyty ulegały zmniejszeniu. Analizowano również wpływ liczby urządzeń piezoelektrycznych na właściwości aktywnego tłumienia systemu. Podsumowując, wykorzystanie kilku elementów pomiarowych oraz wykonawczych pozwala uzyskać wzrost efektu tłumienia i bardziej efektywne zmniejszenie amplitudy drgań płyty.

Pełny tekst (pdf)

1. Bruant I., Gallimard L., Nikoukar S.: Optimal piezoelectric actuator and sensor location for active vibration control, using genetic algorithm, Journal of Sound and Vibration, vol. 329, no. 10, 2010, pp. 1615-1635.
2. Chiba R., Sugano Y.: Optimisation of material composition of functionally graded materials based on multiscale thermoelastic analysis, Acta Mechanica, vol. 223, no. 5, 2012, pp. 891-909.
3. Halim D., Reza Moheimani S.O.: An optimization approach to optimal placement of collocated piezoelectric actuators and sensors on a thin plate, Mechatronics, vol. 13, no. 1, 2003, pp. 27-47.
4. He X.Q., Ng T.Y., Sivashanker S., Liew K.M.: Active control of FGM plates with integrated piezoelectric sensors and actuators, International Journal of Solids and Structures, vol. 38, no. 9, 2001, pp. 1641-1655.
5. Kumar K.R., Narayanan S.: Active vibration control of beams with optimal placement of piezoelectric sensors/actuator pairs, Smart Materials and Structures, vol. 17, no. 5, 2008, pp. 055008.
6. Leo D.J.: Engineering analysis of smart material systems, John Wiley, New York 2007.
7. Reza Moheimani S.O., Halim D., Fleming A.J.: Spatial control of vibration theory and experiments, World Scientific, New York 2002.
8. Sadri A.M., Wright J.R., Wynne R.J.: Modelling and optimal placement of piezoelectric actuators in isotropic plates using genetic algorithms, Smart Materials and Structures, vol. 8, no. 4, 1999, pp. 490-498.
9. Sarangi S.K., Ray M.C.: Active damping of geometrically nonlinear vibrations of laminated composite plates using vertically reinforced 1-3 piezoelectric composites, Acta Mechanica, vol. 222, no. 3-4, 2011, pp. 363-380.
10. Yang Y., Jin Z., Soh C.K.: Integrated optimal design of vibration control system for smart beams using genetic algorithms, Journal of Sound and Vibration, vol. 282, no. 3-5, 2005, pp. 1293-1307.
11. Zhang Y.H., Xie S.L., Zhang X.N.: Vibration control of a simply supported cylindrical shell using a laminated piezoelectric actuator, Acta Mechanica, vol. 196, no. 1-2, 2008, pp. 87-101.