采用压电作动器的车体振动主动控制仿真研究

为了提高铁道车辆的运行速度,车体承载结构成轻量化设计趋势,从而导致了车体结构刚度明显降低,垂向弯曲振动十分明显,严重影响车辆运行平稳性和乘坐的舒适性。因此,有必要对车体的垂向弯曲振动要进行有效的控制。采用压电作动器对车体振动进行控制,从而能降低车体的弹性振动。计算结果表明,车体的弹性振动得到了有效的抑制,尤其是对车体振动能量贡献最大的一阶弯曲振动,改善了乘坐的舒适度,从而证实了主动控制的合理性和优越性。     

压电叠堆泵的初步研究

该文对压电叠堆泵进行了结构设计，分析了泵的工作原理，设计、制作了样机，对压电叠堆泵的电压工作特性以及频率工作特性等方面性能进行了初步的实验研究和测试，所得到的实验结果及其对结果的分析，为以后压电叠堆泵的研究工作作了铺垫。     

基于压电元件的振动主动控制

对配置压电元件作为传感器、驱动器,基于自适应滤波技术的柔性结构主动振动控制进行了实验研究。介绍了压电传感器、驱动器原理及其检测、驱动电路,阐述了自适应控制的基本原理,导出了控制算法,并介绍了控制系统构成,实验结果验证了本文所述方法的有效性。     

动摩擦型压电叠堆直线电机定子的振动特性

为提高动摩擦非共振型压电电机的输出力,研究了该型电机定子的振动特性及其对电机输出力的影响。通过分析电机的总体结构和工作机理,建立了电机定子的纵向振动模型和伪刚体模型,给出了定子驱动端的振动微分方程,并获得了纵向位移函数和横向位移函数。从功能原理出发,推导了电机的周期平均输出力公式。利用数值分析法对电机的纵向振幅特性和推力特性进行了仿真。设计、制作了电机样机,对不同激励条件下定子驱动端的纵向振动位移和电机输出力进行了测试。仿真和试验结果验证了定子振动特性理论：电机输出力随纵向振幅的增加而增加,且近似成线性关系。测试结果表明：在激励电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,驱动端振幅最大可达0.92μm,样机输出力最大可达3.5 N。     

永磁型电主轴多频率振动的主动控制

为了有效抑制由砂轮质量不平衡及外部干扰引起的永磁型电主轴转子系统砂轮端的多频率成分振动,在无轴承永磁电机径向磁悬浮力产生原理的基础上,提出了一种基于最小方差快捷分块(FBLMS)的自适应滤波的永磁型双绕组电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制方案。首先研究了双绕组永磁型电主轴结构及工作原理和径向控制力的模型,借助有限元法建立了永磁型电主轴柔性转子系统的动力学模型,分析了控制电流的不同成分对永磁体涡流损耗及电机定子铁损的影响,设计了永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制系统,结果表明,提出的永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动控制方案具有明显的控制效果。     

基于压电执行器的切削振动主动控制实验研究

利用压电执行器,构造了切削振动主动控制实验系统并分析了该系统的控制机理;该系统根据以振抑振的思想,采用位移反馈策略对切削过程的振动行为进行干预,进而实施对振动的主动控制.从实验结果看,达到了明显的减振效果,该系统为将来制作更具商业前景的智能刀杆奠定了良好的基础.     

位移放大型压电叠堆泵的研究

压电叠堆具有响应快、分辨率高、输出力大以及输出位移较大等优点.利用压电叠堆作为驱动器,结合柔性铰链位移放大机构设计了流体泵样机.对压电叠堆泵样机进行了实验研究,分析了对泵输出性能和压力性能的影响因素,证明压电叠堆泵输出压力大,性能稳定.     

基于压电陶瓷的轿车车身振动主动控制研究

基于目前汽车车内噪声控制标准和舒适性要求的提升,运用国内外在振动主动控制方面的研究成果,结合轿车车身自身的特点,利用压电陶瓷对轿车车身振动进行主动控制的研究。在对压电理论进行研究的基础上,设计了相应的控制系统,编写了振动采集控制程序,搭建了实验平台,并对某轿车车身进行了振动主动控制试验。试验结果表明,这种控制方法对轿车车身振动的控制是可行和有效的。     

压电智能悬臂梁结构振动主动控制仿真

为了提高LQR最优控制方法对压电类智能结构的振动控制效果,推导了表面离散分布压电元件的柔性悬臂梁结构的驱动和传感方程以及梁的弯曲振动方程,用模态分析方法对方程进行解耦和模型降阶,建立控制系统的状态空间方程。利用有限元分析方法来衡量压电元件对梁固有特性的影响,对状态空间方程的自振频率和振型函数进行修正,得到更为精确的数学模型。通过一悬臂梁的LQR最优控制仿真实例表明,经过模型修正后的最优振动控制效果更好。     

压电材料在振动主动控制中的应用

利用压电材料进行振动主动控制已成为工程领域中的研究热点.本文介绍了压电材料的性能特点,综述了压电材料在振动主动控制领域中的研究现状,并结合典型实例分析了压电材料在振动主动控制领域中的应用.     

叠堆式压电陶瓷驱动器的复合控制

提出了逆Bouc-Wen前馈控制与反馈控制相结合的复合控制算法,用于改善压电陶瓷驱动器对目标轨迹的跟踪性能。建立了压电陶瓷驱动器的Bouc-Wen迟滞动力学模型,并用粒子群算法(PSO)对该模型的参数进行识别。基于Bouc-Wen迟滞模型,提出了逆Bouc-Wen前馈补偿控制。最后,为消除迟滞模型的不确定性,引入比例积分(PI)反馈控制,并与前馈补偿控制构成复合控制算法。建立了基于dSPACE实时系统的压电陶瓷驱动实验平台,迟滞实验结果表明:压电陶瓷的迟滞误差量几乎为0,线性度高达96.5%;目标轨迹跟踪实验结果表明:复合控制算法的最大跟踪误差为0.180 5μm,均方根(RMS-Root mean square)跟踪误差为0.055 4μm,跟踪精度达到了10-8 m。相比于开环控制、前馈控制及PI反馈控制,提出的复合控制算法能够基本消除压电陶瓷的迟滞非线性,同时具有很好的轨迹跟踪性能。     

含压电片悬臂梁的LQR振动主动控制

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,并基于控制目标函数的LQR法,利用Matlab系统仿真,研究了悬臂梁振动主动控制与抑制的问题。最后,提供了数值示例,说明该方法能有效控制悬臂梁的振动。     

基于DSP的压电智能柔性板主动振动控制实验研究

研究了一种基于压电的智能柔性板主动振动控制问题,采用有限元法与能最准则相结合的方法,实现了传感器和致动器的优化布置,在此基础上搭建实验装置,并通过激光测振仪提取模态参数。以数字信号处理器DSP设计PID控制器,并进行柔性板的主动振动控制实验研究,实验结果验证了方案的有效性。     

一种压电陶瓷叠堆执行器刚度测量方法研究

分析了压电陶瓷叠堆执行器(piezoelectric ceramic stack actuator,PCSA)的刚度及其与位移输出的关系。在此基础上,提出了一种通过分别测量PCSA在相同驱动电压下空载时和在给定刚度的弹性框架预紧时的位移输出量,并根据测得的位移输出量解算PCSA刚度的刚度测量方法,建立了相应的PCSA的刚度测量系统原理。通过分析和建立弹性框架的伪刚体模型、刚度方程和应力方程,以达到对弹性框架的刚度特性进行准确设计的目的。利用有限元仿真和实验对提出的PCSA刚度测量方法和建立的系统特性进行了验证和测试。仿真和实验结果表明,根据建立的刚度方程能够对弹性框架的刚度进行准确估计,提出的PCSA刚度测量方法能够实现PCSA刚度的测量。     

分布参数压电层合梁的振动主动控制

建立了悬臂梁上粘贴一段压电陶瓷片实现振动控制的动力学方程,定义了压电层合梁的压电消耗功率,并针对悬臂梁这一分布参数控制系统,提出了确保控制系统闭环稳定的设计方法。最后通过数值算例证明了该方法的有效性。     

压电叠堆泵驱动的新型直线马达

提出一种利用压电叠堆泵驱动的新型直线马达(简称压电液压马达),介绍了其系统构成及工作原理,并进行了理论及试验研究.理论分析结果表明,压电液压马达的性能是由压电振子/泵腔/截止阀/液压缸的结构尺寸、负载及工作频率等多种要素共同决定的,只有当相关要素合理配置时才能实现压电液压马达的预期功能.在其他参数确定的情况下,当负载为其最大驱动力的二分之一时输出功率和能量最大.利用尺寸为4 mm×4 mm×80 mm的压电叠堆制作了腔体直径为30 mm的压电泵,并对其直接输送流体及驱动液压缸时的流量、压力及功率等性能进行了测试与对比分析.结果表明,采用直径为15 mm的液压缸时,压电液压马达的最大速度、推力及功率分别为12.5 mm/s、32 N和93 mW.     

基于μ综合的压电柔性结构振动主动控制

利用模态理论和μ综合方法,对智能柔性悬臂梁进行振动主动控制研究。以压电陶瓷为作动器,电阻应变计为传感器,采用有限元方法和实验模态测试方法建立结构动力学模型,对两种方法所得结果进行比较分析可知有限元模型与实际系统存在误差。考虑外部扰动和量测噪声的不确定性,同时考虑系统固有频率、阻尼比和作动器参数的不确定性,选择模态位移信号为评价量,根据信号的频率特性选择合适的加权函数,利用μ综合方法设计振动控制器。从频域角度分析控制器的有效性,结果表明该控制器能抑制不确定干扰对输出应变的影响,能在系统不确定性情况下满足控制要求,说明控制器具有鲁棒性。进行了振动主动控制实验研究,结果表明,所设计的控制器能有效抑制结构的振动响应。     

配置压电传感器/驱动器的柔性结构振动主动控制研究

研究压电传感器/驱动器同位布置情况下柔性悬臂梁的振动主动控制问题,建立模态坐标为变量的状态方程,分别采用LQG(linear quadratic gauss)控制和鲁棒H∞控制技术设计振动主动控制系统。仿真结果表明,文中给出的控制方法是有效的,能有效抑制悬臂梁的振动,与LQG控制设计方法相比,鲁棒H∞控制对模态参数摄动具有较强的鲁棒性以及较好的闭环动态性能,能保证系统在不确定性因素作用的情况下,具有良好的振动抑制效果。     

压电叠堆泵微位移放大机构的试验研究

提出了一种应用于压电叠堆泵的微位移放大机构,该机构以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移.同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验.实验测试结果表明,该机构具有线性良好、高分辨率和高频响应等特点.     

采用压电陶瓷元件进行智能板振动控制

将分布的压电传感器／驱动器运用于智能板结构的主动减振控制中,分布的压电传感器能感知结构的局部应变状态,并通过控制回路反馈给驱动元件,构成闭环控制。建立了智能板闭环控制的分析模型,揭示在应变率反馈下,主动控制的机理是增加了结构的阻尼。用两对压电陶瓷元件仿真了柔性板的闭环控制,获得了令人满意的结果。