压电智能结构的可靠性方法和基于可靠性的一体优化设计研究

以飞行器压电型智能结构为主要研究对象，考虑数据信息的有限性和多样不确定性，针对压电智能结构振动主动控制应用中的一些共性问题，研究智能结构的一体化可靠性建模方法和基于可靠性的结构及控制系统一体优化设计方法。包括：智能结构系统中各种不确定性的处理方法、失效机理和失效模式研究；复杂不确定性条件下智能结构一体化系统的可靠性建模方法；基于可靠性的结构控制系统设计方法和结构控制一体优化设计方法等。目标是发展一种能有效处理压电智能结构一体化系统中复杂多样的不确定性的可靠性理论和设计方法，为智能结构的可靠性分析和设计提供新的思路和理论依据。在一定程度上解决智能结构的可靠性分析、高可靠性控制决策和基于可靠性的系统优化设计等问题。初步形成一套复杂不确定性条件下智能结构可靠性分析、控制设计和一体优化的理论、方法和工具。该研究对于建立智能结构的可靠性理论、发展和完善智能结构设计技术，具有重要的理论意义和实用价值。

智能结构是在基体材料中融入传感器、驱动器和微处理控制系统等所构成的复杂系统。由于控制技术的采用，智能结构涉及到大量附加硬件和软件系统，结构和控制一体化系统的复杂性、不确定性和技术难度都大幅度增加，从而也使系统的可靠性问题更加突出。然而，由于智能结构本质上是存在多场耦合作用的复杂系统，其主体结构和附加系统存在很强的耦合作用。使得其可靠性分析和设计既不同于传统的结构可靠性问题，也不同于一般电子系统的可靠性问题。需要开发新的一体化可靠性建模和分析设计方法。该项目以压电智能结构的振动主动控制问题为主要应用背景，考虑结构和控制系统中存在的各种不确定性，较为系统地研究了一般受控动态系统和智能结构一体化系统的可靠性建模和基于可靠性的主动控制系统优化设计方法。提出了一系列可用于受控动态系统和智能结构可靠性分析和设计的概率可靠性方法和非概率可靠性方法，以及基于可靠性的结构主动控制系统综合优化设计方法。所提出的可靠性方法是从评定准则、度量指标、到分析求解方法都和现有的传统结构可靠性方法完全不同的一套新的方法。所建立的可靠性模型，可考虑结构和控制系统的耦合作用，是一套真正意义上的一体化模型。可用于处理受控结构系统和控制系统本身存在的各种不确定性，并可直接用于参数化不确定性动态系统的主动控制设计。所提出的基于可靠性的主动控制系统综合优化设计方法可以直接用于参数化不确定性动态系统和结构在满足可靠性条件下的主动控制设计优化，并可以在可靠性框架内综合考虑控制代价、控制系统的性能指标及可靠性等要求。从而可以实现对这些存在一定矛盾和冲突的设计要求进行协调和平衡。该项目的研究初步形成了一套复杂不确定性条件下受控动态系统和智能结构的可靠性分析、主动控制设计和综合优化的理论和方法。从而为不确定性条件下受控动态系统和智能结构的可靠性分析和基于可靠性的主动控制设计提供了一套新的理论和方法。该研究对于建立不确定性条件下受控动态系统和智能结构的可靠性理论，提高受控动态系统和智能结构的可靠性及综合优化设计技术，具有重要的理论意义和实用价值。同时，由于本项目的研究涉及到多门学科的交叉和综合应用，相关研究成果可望对相关技术领域产生积极的影响。