利用压电陶瓷作动器对柔性悬臂梁正位反馈控制试验

目的 验证压电陶瓷智能传感器和驱动器以及正位反馈控制对柔性结构主动控制的有效性.方法 将压电陶瓷片分别作为传感器和作动器使用,并粘贴于铝制悬臂梁的表面,对其振动反应实施实时控制.试验过程分为2个阶段,第1阶段5 s为启振阶段,通过激励压电陶瓷作动器使结构产生振动;第2阶段为控制阶段.利用压电陶瓷传感器得到的反馈信号,通过正位反馈算法计算出控制信号.驱动压电陶瓷作动器对结构的振动响应进行实时控制.结果 试验得到了模态振动控制与瞬时脉冲振动控制的振动响应曲线,并分别对有控与无控情况进行对比.结论 试验结果证明利用压电陶瓷以及正位反馈控制算法能够有效抑制外界激励下的一阶、二阶模态振动和瞬时脉冲扰动引起的结构振动.     

区间参数压电智能桁架一体化多目标拓扑优化

针对区间参数压电智能桁架结构/控制一体化多目标拓扑优化设计问题进行研究.考虑的区间参数有普通杆件、压电作动杆及其连接杆的弹性模量、密度、杆件的截面面积、普通杆件的许用应力、压电作动杆所施加控制电压的限值,基于泰勒展开和区间扩张导出区间参数压电受控结构的开闭环特性,以结构和控制器的信息为设计变量,结构的质量和控制能量的上...     

压电作动器振动抑制系统可靠性评估及优化设计

作为结构振动抑制的有效手段,压电作动器振动抑制系统在结构振动控制中逐步得到应用。但是长服役期内压电作动器的性能退化/失效会导致整个振动抑制系统的服役可靠性退化,确定性优化方法得到的方案难以保证系统的服役可靠性。针对服役期内压电振动抑制系统的可靠性评估及优化设计问题,分析了压电作动器性能退化和失效下振动抑制系统的失效机理,构建了基于嵌套抽样和加权统计的振动抑制系统可靠性评估方法,解决了具有载荷共享和冗余特征的振动抑制系统可靠性评估问题,提出了基于主从式并行遗传算法的压电作动器可靠性布局优化方法,实现了作动器的位置和角度优化。通过算例证明了可靠性布局优化的可行性和有效性,为服役期内振动抑制系统的高可靠性设计提供理论基础,也可为结构振动控制这一工程问题提供新的解决思路。     

轴向受压梁非线性随机最优电压有界控制

针对轴向受压细长结构容易在外界扰动下产生低频大幅振动的问题,基于几何非线性理论、压电耦合场理论和拉格朗日方程,推导表面贴附压电作动片的轴向受压梁的机电能量表达式,建立轴向受压梁的非线性随机振动压电主动控制模型;考虑压电作动器工作电压的限制因素,利用随机平均法和动态规划方程导出改进型的非线性随机最优电压有界控制策略. 该策略包括无界最优电压和bang-bang控制电压,因而较bang-bang电压控制律具有更好的连续性. 对简支轴向受压梁在多种情况下的非线性随机振动最优控制进行数值仿真,与bang-bang电压控制律进行比较,结果表明本研究导出的改进型电压控制律所需的压电作动器控制电压大幅下降,而振动控制效果略有降低.     

压电作动器驱动两级电液比例减压阀设计分析

针对以往采用压电作动器的减压阀必须采用压力传感器的不足,提出一种先导式比例减压阀.该阀采用压电作动器控制先导阀阀口开度,与先导供油器的固定节流孔形成分压作用,实现对先导压力的控制,进而控制主阀实现对主阀出口压力控制.对减压阀进行结构和原理分析,建立数学模型;用Simulink仿真分析结构参数对静动态特性的影响.采用调零弹簧将最低可控压力向下扩展到0;设计三台肩式阀芯结构,通过流场分析验证了该结构有效地减小液动力;根据仿真结果选择恰当的反馈阻尼孔尺寸,保证减压阀的动态特性.所设计的减压阀无须测量压力并闭环即可实现减压功能,具有良好的调压范围、调压精度,能实现快速稳定动态响应.     

压电柔性机械臂的轨迹跟踪控制

提出一种利用压电材料对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制的方法．利用假设模态法,采用压电作动器和传感器同位配置,根据Lagrange方程建立了单连杆柔性机械臂的动力学模型;针对柔性机械臂的非最小相位特点,以刚性旋转关节的转角为控制输出、以压电作动器抑制柔性机械臂的末端振动,基于Lyapunov函数,采用PD(proportional-differential)控制策略实现了对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制．仿真结果表明,压电作动器很好地抑制了柔性机械臂末端的振动,末端的轨迹跟踪由关节驱动和压电作动共同完成,PD控制算法简单,易于工程实现．     

压电材料兰姆波方法在薄板损伤检测中的数值仿真

利用压电材料(PZT)对薄板结构中的裂纹进行损伤检测与定位,通过数值仿真说明了该方法的有效性.基于大型有限元软件ANSYS平台,利用其中的耦合场单元,建立了薄板与压电材料的耦合动力学模型.利用PZT的传感/作动功能在薄板中激发和接收Lamb波,对板中存在多种裂纹情况通过对Lamb波传播过程和检测的数值仿真进行了研究.通过时域分析法对裂纹存在下Lamb波传播进行分析,研究裂纹角度对PZT响应的影响,采用时间延迟法对裂纹进行损伤定位.     

PZT电击穿机理研究及可靠性分析

随着压电作动器的应用,对其可靠性的研究已成为一个比较重要的领域.压电堆是压电主动构件的核心作动单元,其电/力的失效(如电击穿、开裂)是影响压电装置性能和可靠性的2个方面.该文仅涉及压电陶瓷的电击穿方面,由于经典电击穿理论不能很好地适合工程应用,基于缺陷引起微短路符合Maxwell-Boltzmann分布的假设,建立击穿场强与体积的关系式,回归结果与实验数据基本吻合.在此基础上,建立了击穿场强的极限状态方程,并进行了可靠性分析.计算证明该方法是有效的.     

动荷载作用下的智能骨料力电效应仿真分析

将压电陶瓷片使用环氧树脂进行防水和绝缘处理后封装在大理石块内形成"智能骨料",为研究智能骨料在单向动力荷载作用下的工作机理和性能,进行了理论分析和数值模拟计算.通过压电方程建立压电陶瓷片电压与电荷量数学关系,进而推导出电压与应力的数学模型.在理论分析的前提下,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,选用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷片,选用C3D8R单元模拟大理石块和环氧树脂,最终建立智能骨料外加动荷载与压电陶瓷片输出电压之间的数学模型.结果表明:数值模拟结果与理论分析结果一致性较好,说明利用该方法制作的智能骨料可以较好地用于监测结构内部动应力.     

压电晶体及其在液压阀中的应用

介绍了压电晶体的工作原理、优缺点及其力/位移输出特性,指出了压电晶体的高能量密度和高频响特性是其应用于液压产品的主要原因.同时还介绍了压电执行器的两种主要类型－压电堆和弯曲型压电片,以及它们的特点,并对两种执行器进行了比较,压电堆较弯曲型压电片响应更快、输出力更大.阐述了应用压电执行器必须要解决的几个关键技术--微位移放大、温度补偿、驱动电源、控制器的特点及研究现状,指出关键技术还有待进一步提高.总结了目前国内外压电液压阀的几种典型结构--直动型、先导型、混合型,及其特点和现状;直动型液压阀频率最高但输出流量最小,混合型液压阀流量高但是频响最低,先导型液压阀的频率/流量位于直动型和混合型之间.提出一种冲击型压电数字阀结构,克服了压电晶体输出位移小、温度变化敏感等问题,仿真结果表明,该数字阀可以实现频响200 Hz、压力20 MPa、流量10 L/min的要求.     

压电堆式驱动器对空间钢框架地震反应的主动控制

随着建筑结构向大型化发展,将智能材料应用于建筑结构的减震已经成为一个重要的研究领域,压电智能结构就是目前的研究重点之一.介绍了压电堆式驱动器,建立了结构在地震作用下的运动方程和基于LQG控制理论的最优控制方法.将驱动器布置在空间钢结构框架的底层柱上,并对其在地震激励下的反应进行了主动控制实验研究.结果表明,结构各层的响应均有不同幅度的降低,压电堆式驱动器可以有效地抑制和减小结构的地震反应.     

Active vibration control of multibody system with quick startup and brake based on active damping

1 INTRODUCTIONIn micro-electronics manufacture , a lot ofequipment must move fromone position to an oth-er position,then stop and perform a task. Afterthat they will start at another position.Fromstar-tup to brake , if the vibration of system is toogreat ,the vibration range may exceedthe precisionof fixed position.In recent years , many scholars[1 10]have re-searched suppression of vibration by utilizing pie-zoelectric structure . Kaji wara et al[2]studied ac-tive control of the vibratio…     

基于能量最小准则确定驱动器位置及仿真

在研究智能结构振动主动控制驱动器的位置优化问题中,首先推导了压电传感方程和压电致动方程,然后根据控制信号能量的表达式,以控制能量最小为目标函数,压电驱动器的位置坐标为变量,对压电驱动器的位置进行优化。最后结合智能简支梁实例应用matlab软件计算出其粘贴压电驱动器的最优位置,并通过编写APDL(ansys parameter design language)程序对粘贴有压电材料的智能简支梁结构进行瞬态动力学分析,实现对智能梁的振动控制仿真。仿真结果表明,此种方法能有效地抑制智能梁的振动。     

压电效应的高阶效应在传感器、执行器中的应用研究

压电体机电耦合过程中的正、逆压电效应原理已被广泛应用于传感器与执行器中,压电类传感器与执行器在应用过程中出现了一些较严重的问题,如非线性问题.由于大多数压电晶体都具有非线性性质,尤其是压电陶瓷,非线性与迟滞特性是其固有特性.讨论压电体的非线性特征,并通过实验验证高阶压电效应对压电传感器和压电执行器的影响及其矫正与补偿方法,从而在工程应用中利用其原理提高传感器与执行器的测量与控制精度.     

压电驱动式高频电液伺服阀实验研究

为了提高电液伺服阀的频率响应特性,采用响应速度快、输出力大、刚性好的积层式压电驱动器作为伺服阀的前置级电-机械转换器.采用杠杆放大的方式对压电驱动器的输出位移进行放大,保证足够的流量输出;采用直接驱动阀芯的方式增强了抗污染能力以及动态响应特性;功率级滑阀采用内置方式,用单个压电叠堆实现了滑阀的双向控制.试制了压电伺服阀的样机,并对样机进行了静、动态测试.得出该阀的频宽大于1.2 kHz,流量为5.7 L/m in,抗污染能力达到ISO 4406 18/15.     

Research of the algorithm of the closed-loop control system to control the piezoelectric actuator

The piezoelectric actuator has been widely used in precision instruments and precision control. However, hysteresis, nonlinearity and creep exist in the actuator, which limit actuator applications and affect accuracy. This thesis introduces fuzzy control as the algorithm of a closed-loop control system to control the piezoelectric actuator. Fuzzy control can make this closed-looped system not only have high linearity, repeatability,accuracy and few overshoot, but isalso easily used.     

Research on an inertial piezoelectric actuator for a micro in-pipe robot

In general, a micro robot system includes a microactuator, micro sensor, energy supply, and control sys-tem. At present, the research on a micro actuator inChina is basal in a laboratory phase, which lacks astrict analysis in theory. Hence, it should first besolved for the design on a micro actuator or micro robotthat the drive principiumof micro actuator is researchedand the dynamical equation is established. In this pa-per, a newkind of inertial piezoelectric actuator is pro-posed. The driv…     

利用压电自敏感致动器实现挠性结构振动的主动控制

以粘贴有压电自敏感致动器的挠性梁振动主动控制为例,论述了进行挠性结构传感器／致动器及控制系统一体化研究的方法。文中给出了压电自敏感致动器的电路模型及自敏感致动器的应变测量和应变速度测量电路,推导了测量公式。以玻璃钢材料的挠性梁为实验对象,采用自适应滤波技术来实现振动主动控制。控制系统由ＴＭＳ３２０Ｃ２５及４８６计算机组成的主从机系统实现。实验结果表明此种控制方法是有效的。     

压电微喷驱动振子振动的理论分析

压电驱动振子是由压电材料层和单晶硅层复合而成.以压电微喷驱动振子为研究对象,根据压电本构方程和弹性薄板弯曲理论,应用能量法对其进行了理论分析,建立了周边固支条件下压电驱动振子振动的理论模型,推导求解了驱动振子一阶固有频率及位移函数,MATLAB编程计算结果与ANSYS软件仿真结果误差为6.6%,表明了二者的一致性.分析了激励电压及压电驱动振子结构参数对轴向振动位移的影响,研究结果可为压电微喷液滴发生器的设计及控制提供理论依据.     

压电驱动器和传感器的ANSYS模拟分析

建立了压电材料的本构方程,利用由压电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)粘结而成的双压电晶片悬臂梁模拟压电驱动器和传感器,使用大型通用有限元软件ANSYS8.0进行模拟分析,并与理论值进行比较,结果表明:ANSYS8.0的模拟结果与理论值十分的接近,因此,用ANSYS8.0对压电材料的驱动器模型和传感器模型进行模拟是可行的.