振动主动控制中传感器/作动器最优配置问题的模拟退火方法研究

本文对应用改进模拟退火算法对柔性结构振动主动控制中传感／作动元件配置问题进行了研究,它能有效地、方便地解决全局最优配置问题,从而有效地进行振动控制。并以一悬臂梁为例,通过单点并置问题和多点并置问题分别给出了最优配置,验证了该方法的有效性。     

智能桁架结构最优振动控制与作动器优化配置

研究了智能桁架结构最优振动控制和作动器的优化配置问题。首先采用有限元方法,根据Hamilton原理推导了智能桁架结构的机电耦合动力学方程,根据线性二次型最优控制理论,推导了结构振动控制的数学模型,通过最小化性能泛函,求解黎卡提矩阵代数方程确定了最优控制输入。然后通过对最优控制性能指标函数的修正,得到了与初始状态无关的性能指标,以修正的性能指标为目标函数,应用模拟退火算法对作动器位置进行了优化配置。最后给出了空间智能桁架结构振动控制算例验证建模过程和算法。算例结果表明,通过最优振动控制可以使结构振动快速衰减,达到振动抑制的效果,而且通过模拟退火算法可以确定最佳的作动器布置方式。     

柔性板压电作动器的优化位置与主动控制实验研究

对柔性悬臂板主动控制中作动器的优化位置进行研究,其中作动器采用压电形式,优化算法采用粒子群方法,指标函数采用基于能量的可控Gramian优化配置准则。仿真和实验结果显示,粒子群优化算法能够有效地对作动器的优化位置进行计算,尤其适用于多个作动器的位置优化问题,基于作动器最优位置的控制设计能够取得良好的控制效果。     

温度梯度场中梁的形变控制研究

5介绍了一种新型的压电作动器—层叠式压电作动器,并使用这种作动器对温度场中的梁进行了形状控制研究。根据哈密顿原理,得到了粘贴有层叠式压电作动器的梁结构的控制方程,进行了数值仿真,并且用Comsol软件进行了模拟,两者的结果基本一致。对压电作动器的控制电压进行了优化,得到了最优控制电压。由于层叠式压电作动器的控制力与压电片的层数成二次函数关系,当控制电压恒定时,层叠式压电作动器的控制力随着压电器层数的增加而迅速减小。使用层叠式压电作动器可以在比其他作动器更小的电压下取得更好的控制效果。通过与普通压电作动器的比较,可以发现层叠式压电作动器可以有效地降低作动器的施加电压,而且可以显著增强控制效果。这种形状控制方法为应用层叠式压电作动器进行薄壁结构的形状控制提供了理论基础。     

齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

一种混合遗传算法在压电智能结构振动控制全局优化设计中的应用

本文针对采用压电作动器／传感器的智能结构,了振动控制中作动器／传动器的配置以及反馈增益的全局优化设计问题。     

基于电流控制的压电陶瓷驱动器

为了解决电压控制型压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷时存在的迟滞、蠕变和带宽窄的问题，设计了基于电流控制的压电陶瓷驱动器，利用压电陶瓷致动器位移与其所带电荷量间的线性关系，该驱动器通过控制压电陶瓷的充电电流和时间控制其位移量．在此基础上，提出了以分辨率换取稳定性的动态保持控制方法，采用该电流型驱动器，实现了开环下对压电陶瓷致动器的稳定、快速、高精度定位．实验结果表明，该驱动器驱动行程为10μm的压电陶瓷时，满行程带宽大于1．5kHz，重复定位精度小于4nm（0．4％）．     

基于模态应变能分布的压电致动器/传感器位置优化遗传算法

本文由线弹性压电结构有限元动力方程,推导了压电智能结构的振动控制方程。建立了准确模拟层合压电结构动力行为的有限元模型。基于主结构模态应变能分布提出了一种新的优化目标函数,将压电致动器/传感器位置编号作为优化变量,建立了离散变量表示的智能结构优化问题,并通过二进制编码的遗传算法（GA）求解了该最优问题。以四边固支复合层合压电智能板为数值算例,采用比例反馈控制, 研究了最优位置配置致动器/传感器智能结构目标模态的控制效果。数值结果表明基于模态应变能分布的遗传算法所得优化解具有较好的振动控制效果。     

基于光控压电混合驱动悬臂梁独立模态控制

本文提出利用镧改性锆钛酸铅（PLZT）的光电效应,将PLZT作为电动势源来驱动压电作动器,从而实现光控板壳结构的振动控制。基于光控压电等效电学模型建立了光控压电混合驱动的数学模型,并进行了实验验证。为了实现光控悬臂梁的独立模态控制,针对悬臂梁结构,设计了正交模态传感器/作动器表面电极形状函数。提出PLZT与压电作动器正/反接控制的激励策略,并结合速度反馈定光强控制的控制算法,利用Newmark-β法对不同光照强度下悬臂梁的动态响应进行了数值仿真分析。分析结果证明了本文所设计的模态传感器/作动器及针对光控压电混合驱动提出的控制策略的正确性。     

压电智能结构的一种模态控制新方法

提出了一个用于压电智能结构振动控制的模态控制方法。就智能梁给出了压电模态传感器与压电模态致动器的新设计方法以及相应的模态控制方法，并对相应的观测溢出与控制溢出问题进行了分析，给出了抑制这些溢出的措施。     

Electromechanical analysis of piezoelectric bimorph actuator in static state considering the nonlinearity at high electric field

This article contains electromechanical analysis of a piezoelectric bimorph actuator at high electric field by incorporating second-order constitutive equations of piezoelectric material. Tip deflection, block force, block moment, block load, output strain energy, output energy density, input electrical energy, and energy efficiency are analytically derived for the actuator at high electric field. The analysis shows that output energy and energy density increase more rapidly at high electric field, compared to the prediction by the linear model. The analysis shows energy efficiency depends on electric field. Some analytical results are validated with the published experimental results.     

逆压电效应的压电常数和压电陶瓷微位移驱动器

本文介绍了由过压电效应的应变-电场曲线测得弱场和强场下的压电常数d₃₃、d₃₁．测量发现S～E曲线上呈现应变和压电系数突增的阈值场强E_b,用铁电陶瓷固有的90°畴转向对应变的贡献进行了分析和讨论．该方法与以往常用的正压电效应的压电常数测试相比,方便、简单,尤其对过压电效应的压电微位移驱动器应用更具有实际意义．     

(Na,K)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的结构与性能研究

研究了K0.5Bi0.5TiO3(KBT)含量对Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3(BNKT)无铅压电陶瓷的显微组织结构及压电性能的影响规律,结果表明随KBT含量增加,BNKT无铅压电陶瓷的晶胞参数增大,密度减小,晶粒尺寸减小,居里温度从326℃升高到360℃,压电常数、介电常数和介电损耗增加,机械品质因数下降;KBT含量为0.15mol的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷位于准同型相界处,具有较佳的压电性能.     

高控位精度横向模压电微位移器的研究

介绍了d31横向伸缩模式压电徽位移驱动器的制作过程,应用高稳定的填满钨青铜型压电陶瓷作为该器件制备的基料,利用P-F干涉仪原理测量了电场-位移特性曲线,由此计算了压电常数d31并进行了讨论。该器件具有电控应变(位移)线性度高、滞后量小以及结构简单、制作工艺方便等特点,它在精密光学等技术领域有一定应用价值。     

压电厚膜的研究现状及趋势

随着电子元器件向小型、高灵敏、集成、多功能化方向发展,薄/厚膜材料及器件逐渐成为研究的重点.由于压电厚膜(10～100μm)兼具有压电陶瓷与压电薄膜的优点,是各种微型传感器和执行器的核心部分,已引起世界各国研究者极大的兴趣,但是大多数研究还处于实验阶段.评述了压电厚膜的制备方法、测试表征以及应用状况,归纳了压电厚膜研究的现状及发展趋势,指出了其中存在的问题及解决办法,并对压电厚膜今后的研究提出了一些建议.     

压电式纳米发电机及其混合器件的研究进展

随着化石能源的过度使用和开采,随之而来的能源和环境问题也日益尖锐,而人们对能源的需求不减反增,因此寻求一种新型的绿色可持续能源是非常必要的。环境中的能量十分丰富,因此从环境中收集能量进行转化是十分有前景的方法。压电材料在受到外界作用发生机械变形时,能实现机械能向电能的转化,因此,压电式纳米发电机作为一种潜在的可持续、绿色能源,近年来受到广泛关注。从压电材料的分类入手,结合其制备方法、结构和性能等,对近年来一些研究成果进行了概述,详细评价了不同制备方法、结构对压电式纳米发电机压电性能的影响,并对今后发展进行了展望。     

五腔串联压电泵的设计制作与试验

为提高压电泵的输出能力,提出一种多腔串联压电泵,并从理论和试验两方面进行了研究.理论分析表明,在其他条件确定时,多腔串联压电泵的输出压力与泵腔数量n成正比,输出流量与姨%n成正比.设计制作了金属阀五腔串联压电泵,并以水为工作介质测试了工作腔数量不同时的输出特性.结果表明,压电泵工作腔数量不同时,存在不同的最佳工作频率使其输出压力或流量最大,且压力最佳频率及流量最佳频率均随工作泵腔数量的增加而增加,但增加幅度不同;在最佳频率时,五腔串联泵输出压力及流量均与工作腔数量成正比.在电压为150 V、工作频率为最佳频率时,5腔工作时的最大压力和流量分别为100 kPa和246.54 mL/min,分别为单腔工作时的6.7倍和4.2倍.     

国内压电陶瓷声马达的研究现状

综述了国内部分压电陶瓷声马达的研究发展情况,指出其产品开发所面临的困难,并提出今后需要进步解决的一些关键问题。     

Measurement of piezoelectric modulus by pulsed excitation of piezoelectric ceramic elements

The possibility of measuring the piezoelectric modulus by exciting piezoelectric ceramic components with a radio pulse is considered. It is shown that there is a relation between the piezoelectric modulus and the rate of change of the current envelope at the beginning of the transient. Theoretical relations are derived. __________ Translated from Izmeritel’naya Tekhnika, No. 10, pp. 71–72, October, 2006.     

利用厚度剪切压电效应的2—2型压电复合材料的性能研究

制备了利用厚度剪切压电效应的２２型压电复合材料，测试了在电场作用下压电复合材料的变形特性，初步研究了不同参数对压电复合材料变形性能的影响。结果表明：（１）由于柔性聚合物的加入，压电复合材料的变形性能得到了大幅度的提高；（２）随着ＰＺＴ体积份数的增大，压电复合材料的变形量增大，直至达到最大，随后则随着ＰＺＴ体积份数的增大而下降；（３）ＰＺＴ单元的尺寸越小，压电复合材料的变形量越大。