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1、振動(dòng)與沖擊第34卷第l2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于壓電驅(qū)動(dòng)的自感知振動(dòng)抑制研究劉永斌一,陳鳳林,張連生,張平(1.安徽大學(xué)機(jī)械工程系,合肥230601;2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機(jī)械與精密儀器系,合肥230027)摘要:提出一種壓電自感知電荷驅(qū)動(dòng)方法,研究用同一壓電元件在抑制振動(dòng)的同時(shí)又能感知振動(dòng)狀態(tài)。該方法控制電路簡(jiǎn)單,在智能結(jié)構(gòu)中易于實(shí)現(xiàn),且電路調(diào)節(jié)方便,振動(dòng)抑制效果好。將該方法應(yīng)用于懸臂梁的一階振動(dòng)抑制,懸臂梁自由端振幅可被抑制約達(dá)90%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法在驅(qū)動(dòng)壓電元件致動(dòng)的同時(shí)可感
2、知結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),有望應(yīng)用于諸如掃描探針顯微鏡、智能結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與控制等領(lǐng)域中。關(guān)鍵詞:自感知;振動(dòng)抑制;電荷驅(qū)動(dòng);壓電元件中圖分類(lèi)號(hào):THI13.1;TM282;TM131文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADOI:10.13465/j.cnki.jVS.2015.12.008Self-sensingvibrationsuppressionbasedonchargerdrivenpiezoelementsLIUYong—bin,CHENFeng—lin,ZHANGLian—sheng,ZHANG(1.DepartmentofMechanicalE
3、ngineering,AnhuiUniversity,Hefei230601,China;2.DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrumentation,USTC,Hefei230027,China)Abstract:Amethodofself-sensingchargerdriverwithpiezoelementswaspresented.Thepossibilitywasinvestigatedthatapiezoelectricelementisutilize
4、dsimultaneouslyasasensorwhileitactuatestosuppressvibrationbasedonthepresentedmethod.Thecontrolcircuitofthemethodissimple,convenienttobeadjustedandeasytobeimplementedinsmartstructures.Anditiseffectivetodampvibrationofbeamusingthemethod.Theamplitudeofvibrationisacti
5、velymitigatedbyafactorexceeding90%,whenthemethodisappliedtothefirst—ordercantilevervibrationsuppression.Theexperimentalresultsshowthatthepiezoelectricactuatorcaneffectivelyperceivestructuremotionwhilebeingdrivenbychargerdriver.Furthermore,themethodcanalsobeusedinn
6、umerousfields,suchasscanningprobemicroscopy,monitoringandcontrolofsmartstructures.Keywords:self-sensing;vibrationsuppression;chargerdriver;piezoelement工程結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)控制問(wèn)題,如精密定位中的結(jié)的傳感器與致動(dòng)器互相獨(dú)立且成對(duì)使用,由于精度、安構(gòu)振動(dòng)抑制,隨著科技的進(jìn)步得到了快速的發(fā)展,具有裝位置等因素的影響,常會(huì)造成對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的感知與振動(dòng)控制的智能結(jié)構(gòu)在精密驅(qū)動(dòng)與精密定位中得
7、到了抑制的不一致,從而不能快速、精確控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)。同廣泛的應(yīng)用。壓電陶瓷材料由于具有諸如體積小、響時(shí),作為振動(dòng)抑制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),致動(dòng)器的大小、布局的應(yīng)速度快、輸出力大、換能效率高、控制方式相對(duì)簡(jiǎn)單位置、材料的特性、致動(dòng)器的形狀及激勵(lì)致動(dòng)器信號(hào)的等優(yōu)點(diǎn),常被用作智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的傳感器和致形式及變化規(guī)律等因素直接影響振動(dòng)控制的效果。動(dòng)器。智能結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制研究始于20世紀(jì)80年針對(duì)上述問(wèn)題,研究者提出用單片壓電材料既做代,國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究并取得了豐碩的成感知振動(dòng)的傳感器又用作振動(dòng)控制的致動(dòng)器,研究結(jié)果¨J。傳統(tǒng)用于振
8、動(dòng)控制的智能結(jié)構(gòu)通常采用分布構(gòu)自感振動(dòng)抑制方法。文獻(xiàn)[3]基于壓電材料的機(jī)電本構(gòu)方程提出一種橋式電路用于感知壓電致動(dòng)器式傳感器感知結(jié)構(gòu)的振動(dòng)激勵(lì),并通過(guò)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)在致動(dòng)時(shí)的應(yīng)變變化,從而實(shí)現(xiàn)自感知振動(dòng)抑制。其分布式致動(dòng)器動(dòng)作以控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。這種智能結(jié)構(gòu)提出的橋式電路中電容與壓電材料串聯(lián),電容上的電基