时分复用压电自感知执行器的传感与执行效果研究

利用压电片的正逆压电效应提出了时分复用模式的压电自感知执行器,应用于悬臂梁的振动主动控制中。从机电变换双向可逆效应角度阐述了时分复用压电自感知执行器的工作原理。当压电片的传感功能与执行功能快速切换时,对于模态频率较低的结构,相当于传感器和执行器是同时工作的。时分复用自感知执行器实现的关键是开关电路设计和时序控制。本文重点讨论了开关电路的设计方法,指出了开关应具有耐高压和高速等特点。以一阶模态频率为14.7Hz的铜悬臂梁为实验对象进行了实验研究,结果证明时分复用自感知执行器与独立的传感器和执行器具有基本相同的传感和执行效果。     

基于多次压电效应的自感知执行器研究

针对多次压电效应在同一压电体上双向可逆的特点,进行了多次压电效应实现压电执行器位移自感知的理论分析,由此阐明了压电体中多次逆与多次正效应的一一对应关系,以及介电电位移与多次正压电电位移分离的可行性.通过引入参考电容,采取电流积分与差分比例运算电路相结合的方式,得到一种较电桥电路解耦更易于在工程实际应用的方法.采用PZT-5叠堆执行器进行实验,验证了该解耦方法的正确性,同时得出了PZT-5叠堆二次正压电效应的线性系数,并进一步分析了三次压电效应对自感知执行器的分辨力和精度的影响,为压电自感知执行器性能的改善提供了一条新途径.     

基于积分器的压电陶瓷自感知执行器研究

拟用压电陶瓷执行器自感知位移,省去外部传感器．从基本压电方程出发,推导出压电陶瓷执行器晶片上自由电荷中包含的执行器位移信息,进而提出了一种基于积分器电路的压电陶瓷执行器位移自感知方法．对压电陶瓷叠堆执行器设计了电压驱动电路,同时设计了获取自由电荷的积分器电路．基于此复合电路,执行器在执行的同时,可以感知其自身的位移．该方法使得自感知电路的调节和感知信号的获取变得容易,克服了电桥法自感知电路阻抗不易匹配的不足．实验结果表明,在不同的驱动电压波形、不同的驱动电压频率下,基于积分器的压电陶瓷自感知执行器均能够很好地获取执行器的位移信号．     

压电陶瓷用于柔性悬臂梁振动控制的试验研究

依据压电陶瓷驱动器的振动控制原理和梁表面的应变方程确定压电陶瓷片在悬臂梁上的粘贴位置,采用独立模态控制方法对柔性悬臂梁进行振动主动控制试验研究.为提高信噪比并保证后继控制的可靠性和有效性,对传感信号进行了滤波处理.试验结果表明,将压电陶瓷片布置在悬臂梁的合理位置上并采用主动控制方法,可以有效地抑制悬臂梁的振动,使悬臂梁前3阶模态的加速度及响应谱峰值均减小40%左右.     

压电执行器位移自感知方法研究

在压电执行器闭环控制系统中,需要位移传感器提供位移反馈量．为了省略位移传感器,提出一种利用电子电路使压电执行器自感知其自身位移的方法．根据压电电荷几乎与位移成正比的特点,用电子电路获得驱动电荷,从电荷换算位移．提出了对压电执行器采取电压驱动和获取电荷为一体的复合驱动方法,高压运放输出作为高压驱动电源,电流积分器获得压电电荷．实验测量了带载和空载下压电双晶片和压电叠堆的自由位移,通过涡流位移传感器标定得到,双晶片位移自感知误差小于3．61％,叠堆位移自感知误差小于1．81％,实验测量了压电叠堆带载情况下的输出位移,结果表明可以用于带载位移自感知。     

基于悬臂梁振动的主动控制技术研究

应用有限元方法建立了贴有压电驱动器的悬臂梁动力学模型,采用二次型最优控制理论建立控制规律,对悬臂梁在初始扰动和持续外激励作用下的振动进行了主动控制实验。实验结果表明,所设计的控制系统可以有效地抑制两种情况下悬臂梁的振动。     

压电智能材料在悬臂梁结构振动控制中的应用

研究压电材料在柔性悬臂梁结构振动控制中的应用,采用压电有限元方法对压电智能梁的响应进行了数值模拟,在考虑压电片与悬臂梁之间相互耦合作用的基础上,通过有限元软件ABAQUS数值模拟获得压电智能梁在简谐荷载下的响应,并与有关试验结果进行对比来修正压电应变常数及介电常数等参数.通过数值算例对地震荷载作用下压电梁的振动响应进行了数值模拟,结果表明,压电材料对柔性结构的振动控制效果显著,最大控制效率能达到45%左右.     

压电智能悬臂梁主动振动最优控制研究

以压电智能材料聚偏氟乙烯(PVDF)作感知和离子交换膜金属聚合物(IPMC)作驱动的悬臂梁为研究对象,建立了智能悬臂梁的压电传感和致动方程.并通过模态分析法变换为基于闭环控制系统的状态空间方程,设计了压电智能梁的振动控制系统.将遗传算法和线性二次型最优控制相结合,采用遗传算法设计Q,R阵,以获取状态反馈控制律,研究了压电智能梁的振动的最优控制问题.仿真实验结果证明,控制系统具有很好的振动抑制效果     

梯度功能压电陶瓷微夹钳的设计和操作原理

利用梯度功能压电执行器设计和制作了双悬臂梁结构的微夹钳 ,用作微型机器人操作系统的操作手 .该微夹钳整体尺寸为 1 5　 mm× 2　 mm× 2　 mm,质量为 1 2 0　 mg.建立了梯度功能压电陶瓷悬臂梁的双层复合梁模型 ,从该模型和压电本构方程出发 ,分析梯度功能压电陶瓷微夹钳的操作原理 .理论推导了该悬臂梁的微位移特性 ,由微夹钳的双悬臂梁结构 ,得到微夹钳的顶端张开量 .实际测量了梯度功能压电微夹钳的顶端张开量 ,其实际值与理论推导值有较好的一致性     

梯度功能压电陶瓷执行器的制备及其微位移特性

研究了ｘＰｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－（１－ｘ）Ｐｂ（ＺｒδＴｉ１－δ）Ｏ３三元系固溶体的介电和压电性能。采用粉末冶金法制备了Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＺｒＯ３－ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ－ＰＺ－ＰＩ）系梯度压电功能材料（ＦＧＭ），研制了一种新型的ＦＧＭ高陶瓷执行器，它有三层材料构成；压电陶瓷层，中间夹层（组分梯度变化）和高介电层，其弯曲位移特性的研究结果表明在工艺电压为１００Ｖ时，室温     

悬臂梁系统的脉冲控制

为解决悬臂梁碰撞系统的混沌控制问题,利用脉冲微分系统理论和数值模拟技术,对悬臂梁系统的混沌控制进行了研究.结果表明:当悬臂梁碰撞系统出现混沌现象时,若在满足一定条件的时间点上对该系统施加脉冲信号,系统的混沌状态将会得到有效控制.利用龙格-库塔方法对施加了脉冲信号的系统进行了数值模拟,模拟结果表明:在固定时间点处系统的混沌状态得到了有效控制,验证了脉冲控制方法的可行性与有效性.该方法对研究建筑物的动力学行为具有一定的参考价值.     

智能悬臂梁的降阶H2控制

利用频域辨识方法得到智能悬臂梁的传递函数模型,在此基础上研究了柔性梁的降阶H2控制问题．首先利用系统增广技术将降阶H2控制问题转化为静态输出反馈问题;然后利用CCL（cone complementarity linearization）算法求解该静态输出反馈问题,给出了降阶控制器设计的结果,并与全阶控制器进行了性能比较．由于CCL算法是一种依赖于初值的迭代求解算法,无法保证得到全局最优解,迭代初值的选取就显得尤为重要,为此对初值选取进行了讨论;最后,对设计的控制器在柔性梁物理实验系统上进行了验证,实验结果表明了设计的有效性．     

Improved Fx-VSSLMS algorithm for active vibration control of smart cantilever beam

Filtered-x least mean square(Fx-LMS) algorithm is popular in many adaptive processes. As its contradiction between convergence speed and stead-state error, the improvements of Fx-LMS algorithm with variable step size(VSS) have been developed. To strengthen the robustness of variable step size least mean square(VSSLMS) algorithms to noise disturbance in active vibration control(AVC) application, nine VSSLMS algorithms are introduced in detail. Then an improved VSSLMS algorithm is proposed for better performance. At last, the performance of these VSSLMS algorithms are compared in AVC experimental system with different noise level. The experimental results verifies the effectiveness and robustness of the proposed VSSLMS algorithm in AVC application.     

带边梁的边悬臂梁的扭矩简化计算

实际工程设计中,带边梁的边悬臂梁在作为重要承重构件时,往往忽略了边梁对边悬臂梁产生的约束力矩,从而使得该边悬臂梁偏于不安全.从约束力矩理论出发,采用正对称结构形式,提出了边梁对边悬臂梁产生的约束力矩的简化计算公式,并通过算例验证了该方法的正确性.通过调整边梁与悬臂梁抗扭线刚度的比值,相应约束力矩的计算结果表明,随着Φ值的增大,约束力矩减小.因此,建议在设计中应尽量增大边梁的截面,以减小悬臂梁的扭矩.     

用激光扫描测振仪测定石膏悬臂梁动弹性模量

为了获得拱坝动力模型试验所用石膏的动弹性模量,首先通过数值方法(有限单元法)计算得到石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率,再通过激光扫描测振仪对试件进行试验模态分析,测得石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率.将由数值方法和试验模态分析分别得到的第一阶固有频率,通过反演方法得到石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量.试验结果表明:石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量与静弹性模量相比,提高了约25.8％.     

悬臂梁段拼接节点耗能的刚性钢框架时程分析

在带悬臂梁段拼接的刚性钢框架中,如果将梁的高强螺栓拼接节点设计得弱一些,可以利用其摩擦消耗地震能量文中首先根据已有的节点试验研究,提出该类拼接节点2种典型的滞回模型,并通过对试验构件滞回性能的数值模拟,验证所提出模型的有效性将该模型用于模拟框架结构中的拼接节点,利用SAP2000对框架结构进行弹塑性时程分析,研究耗能拼接节点对框架结构整体抗震性能的影响研究结果表明,利用拼接耗能的钢框架可以提高结构的耗能能力,从而改善结构的抗震性能     

高跨比小于1的短挑梁设计探讨

通过对一短挑梁开裂的工程事故进行分析处理,得出如下结论:跨高比较小的挑梁在设计时除应满足挑梁的基本要求外,还必须进行裂缝控制验算.