基于光致伸缩作动器构型理论的弹性薄壳非接触式智能控制的研究。

本项目将对实现非接触式智能主动控制的执行部件－光致伸缩作动器的构型问题进行深入研究。通过深入分析影响作动器控制效果的各种因素研究作动器的构型设计理论。建立沿0-3方向极化的PLZT作动器动态本构方程，并在此基础上通过研究成型式（shaping）光电作动器设计理论实现对系统预期的模态控制效果。基于作动器边界条件的变化，实现能产生非均匀控制力/控制力矩的多自由度光电作动器以提高作动器对柔性薄壁结构的控制效果。项目将针对光致伸缩作动器产生驱动应变的特性，结合各作动器构型特点设计相应的控制策略，合理分布激励信号以优化控制效果，并对作动器构型理论进行实验验证。项目的研究可以提高太空环境下薄壁柔性结构的非接触精密控制性能，对实现空间能量转化及控制信息的准确传递具有重要意义。预期成果在宇航空间结构、光学系统及各种自动化领域具有广阔的应用前景。

本项目是以薄壁结构非接触动态控制为主体的应用基础研究。针对光控作动器产生驱动应变的本构模型、光电层合板壳结构系统动力学建模、面向不同应用背景的分布式光控作动器的构型设计及光控作动器的激励策略等关键问题展开系统的研究，并提出将镧改性锆钛酸铅（PLZT）与压电作动器的优势结合起来，开展光控压电混合驱动的研究。项目的研究成果为此类智能结构在航空航天领域的具体应用提供理论依据。按照项目预期目标圆满完成全部工作内容，取得的主要成果如下：.（1）基于PLZT在光－电－热－力等多能场耦合作用下的反常光生伏打效应及光致伸缩机理，研究光照强度及沿0-3方向极化的PLZT作动器的尺寸参数等因素对其产生的饱和光致应变及时间常数的影响，从而建立此类作动器用于分布式动态激励的本构方程。.（2）建立了可适用于不同结构类型、不同几何参数的光控层合板壳结构的动力学模型；利用模态展开技术建立了分布式光控作动器对结构产生的模态控制力解析表达式，构建了光电作动器构型综合与优化设计的数学基础。.（3）为弥补PLZT贴片式作动器单向驱动性的问题，提出了光控压电混合驱动这一新型光控方式，建立了其本构模型并实验研究了适用于结构动态控制的激励策略，为拓展基于PLZT的非激励特性在微驱动领域的应用奠定了基础。.（4）提出基于作动器边界条件的改变实现作动器对结构产生非控制力及力矩。设计了四区域多自由度光致伸缩作动器，分别针对不同极化方式的PLZT贴片式作动器及光控压电混合驱动提出了该新型作动器的主动控制策略，并对结构的动态响应进行了仿真分析及对比。.（5）基于PLZT（0-3）分布式作动器及光控压电混合驱动开展了表面成型式光电作动器的研究，针对典型结构设计了作动器电极表面形状函数以实现对结构的独立模态控制。针对两种光控方式分别提出可行的控制策略并进行不同光强下结构动态响应的仿真分析。. （6）建立了光控压电混合驱动结构独立模态控制系统试验平台。开发系统软件，制作信号采集及调理模块。通过对不同光照强度下结构独立模态主动控制的实验研究有力地支撑了关于成型式传感/作动器构型的理论推导、参数评价及所提出的控制策略的有效性。.本项目共发表高水平学术论文14篇（已录用待发表1篇），其中SCI 3篇，EI 11篇，参编英文专著2部，培养博士研究生3人（毕业1人），硕士1人。出国参加国际学术会议1次。