面向结构形状控制的压电纤维复合薄膜驱动器布局方式与控制参数协同优化设计

来源：机械工程学报杂志2016年第18期北京时间：

作者：高仁璟, 张莹, 赵剑, 陈文炯, 刘书田, 仝立勇

单位：1. 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 大连 116024;；2. 悉尼大学机械电子与航空学院 悉尼 2006 澳大利亚；

摘要：能够根据工作环境改变翼面形状的自适应变形能力是未来航空、航天飞行器结构设计追求的重要目标。研究驱动器布局方式以及控制参数的设计技术是实现该目标的关键。以压电纤维复合薄膜(Macro fiber composites， MFC)作为驱动器，研究在一定数量的MFC驱动器条件下，通过驱动器布局与控制参数的协同设计，以实现类翼面平板结构具有理想形状的最优控制设计方法。以驱动器的铺设位置、铺设角度、层数、对称性以及控制电压为设计变量，以驱动器的击穿电压、铺设位置限制等为约束，建立多参数下的协同优化设计模型。数值算例以类机翼平板的弯曲、扭转、弯扭型面作为理想型面，以实际型面与理想型面在81个参考点位置的均方差为评价指标，设计获得弯曲、扭转和弯扭组合型面的均方差分别为9.977×10-5、4.394×10-4和5.308×10-4，实现了较高的变形控制精度。研究了驱动器数量对变形精度的影响，制作了具有6个驱动器的类翼面平板结构测试平台，仿真与试验结果高度吻合，从而验证了所提出的驱动器布局与控制电压协同优化设计模型的有效性和可行性。

关键词：MFC),驱动器布局,协同优化设计,压电纤维复合薄膜(Macrofibercomposites,结构形状控制；

基金资助：* 国家自然科学基金(11372063， 11572073， 51575088)、中航产学研专项资金(CXY2011DG34)和中央高校基本科研业务费专项资金(2342013DUT13RC(3)28)资助项目; 20150913收到初稿，20160427收到修改稿;