Modelling and control of structure-acoustic interaction problems via piezoceramic actuators

• Autorzy: Leniowska L.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i sterowanie struktur z uwzględnieniem oddziaływań akustycznych za pomocą piezoceramicznych układów wykonawczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Active control of vibration suppression of a circular fluid-loaded plate is analytically studied. The purpose of this theoretical work is to present a general model of a planar vibrating structure located in a finite baffle and interacted with fluid as well as its time response on harmonic excitation when a control strategy is applied. The structure under study is a vibrating circular plate of radius a, having a constant thickness h, to which centrally placed circular shaped piezoeleetric ceramic patches of radius a1 < a are bonded. They are used to cancel the plate vibrations and related sound field when a controlling voltage is applied. It was assumed, that the plate clamped at the edge is excited on one side by a uniform periodic force with a constant amplitude F0 and it radiates the acoustic waves into a surrounded fluid of density Po. The control problem lies in using piezoceramic actuators working in a pair to reduce the plate vibrations. For the system under consideration the state-space model is constructed. The modern control theory is then applied to the system model using a linear quadratic regulator (LQR). The simulations of the active attenuation of the plate vibrations were made with a MATLAB/Simulink computer program, The results demonstrate that it is possible to achieve a significant reduction of the vibration amplitude with the use of a pair PZT actuators.

PL

Praca prezentuje analizę aktywnej metody redukcji drgań płyty kołowej oddziałującej z ośrodkiem. Celem pracy jest przedstawienie ogólnego modelu płaskiej struktury, umieszczonej w odgrodzie o skończonych wymiarach, z uwzględnieniem reakcji ośrodka oraz jej odpowiedzi czasowej na wymuszenie harmoniczne dla zastosowanej strategii sterowania. Przedmiotem analizy jest cienka płyta kołowa o promieniu a, stałej grubości h, do której przyklejono centralnie dwa kołowe elementy PZT o promieniach a1 < a. Przyłożenie do nich napięcia sterującego umożliwia redukcję drgań płyty i towarzyszącego im pola akustycznego. Założono, że płyta, utwierdzona na obwodzie, jest z jednej strony pobudzana do drgań za pomocą równomiernie rozłożonej siły harmonicznej o stałej amplitudzie i promieniuje fale akustyczne do otaczającego ośrodka o gęstości Po. Problem dotyczący sterowania polega na zastosowaniu pary elementów PZT do redukcji drgań płyty. W tym celu rozważany model systemu został sprowadzony do przestrzeni stanów, a następnie, stosując liniową teorię sterowania, zaprojektowano regulator LQR. Symulacje aktywnej redukcji drgań płyty zostały przeprowadzone za pomocą programu MATLAB/Simulink, a otrzymane wyniki wskazują, że możliwa jest znacząca redukcja amplitudy drgań z zastosowaniem jednej pary elementów PZT.

Słowa kluczowe

EN

circular plate; vibration control; PZT actuators; fluid loading; feedback control

PL

drgania; model płaskiej struktury; metoda redukcji drgań; układy wykonawcze; piezoceramiczne układy wykonawcze; modelowanie struktur; sterowanie struktur; PZT

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics / AGH University of Science and Technology
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 24, no. 2
• Strony: 113--119
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Leniowska L.

• University of Rzeszów,

Bibliografia

• [1] Dimitriadis E.K., Fuller C.R., Rogers C.A.: Piezoelectric actuators for distributed vibration excitation of thin plates. Trans. ASME J.Vib. Acoust, 113, 1991, 100-107
• [2] Dorf R.C., Bishop R.H.: Modern Control Systems. Addison Wesley,1997
• [3] Fuller C.R., Elliott S.J., Nelson P.A.: Active Control of Vibration. London, Academic Press 1996
• [4] Hansen C, Snyder S.: Active control of noise and vibration. London,E&FN Spon 1997
• 5] Lee C.K., Moon F'.C: Laminated piezopolymer plates for torsion and bending sensors and actuators. Jour. Acoust. Soc. Am., 85(6), 1989, 2432-2439
• [6] Leniowska L.: Vibrations of circular plate interacting with an ideal compressible fluid. Archives of Acoustics, 24, 4, 1999, 435-449
• [7] Leniowska L., Leniowski R.: Active vibration control of a circular plate with clamped boundary condition. Molecular & Quantum Acoustics. Jour., vol. 22, 2001, 145-156
• [8] Leniowska L., Leniowski R.: Active attenuation of sound radiation from circular fluid- loaded plate. Jour, of Acoustic and Vibration, 6, 1,2001,35-41
• [9] Leniowska L., Leniowski R.: Active vibration control of the circular plate with simply-supported boundary condition. Molecular and Quantum Acoustics Journal, vol. 24, 2003, 109-124
• [10] Leniowska L., Leniowski R.: Active control of circular plate vibration by using piezoceramic actuators. Archives of Control Science, 13(4), 2003, 391-403
• [11] Malecki I.: Theory of waves and acoustic systems. Warszawa, PWN 1964 (in Polish)
• [12] Meirovitch L.: A theory for the optimal control of the far-field acoustic pressure radiating from submerged structures. Acoustical Society of America, vol. 93, 1993, 356-362
• [13] Paulitsch C, Gardonio P., Elliott S.J., Sas P., Boonen R.: Design of a Lightweight, Electrodynamic, Inertial Actuator with Integrated Velocity Sensor for Active Vibration Control of a Thin Lightly-Damped Panel. Procc. ISMA'02, Leuven 2004
• [14] Rdzanek W: Acoustic radiation of circular plate including the attenuation effect and influence of surroundings. Archives of Acoustics, 16(3-4), 1991,581-590
• [15] Rosenhouse G.: Active Noise Control. WIT Press, 2001
• [16] Tylikowski A.: Axially nonsymmetric vibrations of circular plates with piezoelectric distributed actuators. Procc. of IV Seminaire Scientifique Franco-Polonais, Ecole Polytechnique de Varsovie, 1999,7-13
• [17] Tylikowski A.: Influence of bonding layer on piezoelectric actuators of an axisymmetrical annular plate. Jour, of Theoretical and Applied Mechanics, 38, 3, 2000, 608-621
• [18] Tylikowski A.: Control of a circular plate vibrations via piezoelectric actuators shunted with a capacitive circuit. Thin-Walled Structures, 39, 2001, 83-94
• [19] Van Niekerk J.L., Tongue B.H., Packard A.K.: Active control of a circular plate to reduce transient noise transmission. Journal of Sound and Vibration, 183 (4), 1995, 643-662