一种新型压电作动器及在结构振动主动控制中的应用

针对传统压电片作动器直接粘贴到被控结构表面时受到的各种限制,文中提出并设计制作一种新颖的弓型压电作动器.该作动器由一个弓型梁座和粘贴于其上的压电片构成,使用时将弓型梁座粘贴于被控结构上,压电片驱动弓型梁弯曲变形,进而对被控结构产生作动.随后将其应用在弹性梁振动主动控制中,以验证这种新型作动器的可行性和有效性.采用热弹性比拟方法建立带弓型压电作动器的悬臂梁振动主动控制系统的状态空间模型,采用LQR(linear-quadratic regulator)方法进行控制器设计.基于dSPACE硬件在线控制仿真系统,进行悬臂梁振动的主动控制实验,并对这种新型压电作动器与传统压电片作动器的振动控制效能进行实验对比.实验结果表明,这种弓型压电作动器具有良好的作动效能和安装方便灵活、可重复使用等优点.     

悬臂梁振动自适应模糊控制及DSP实现

以粘贴压电自感作动器的悬臂梁为研究对象,推导了悬臂梁振动主动控制的压电元传感方程和作动方程的传递函数,给出了压电自感作动器位置配置优化方法,设计了硬件电路以及软件流程.试验结果表明,利用压电自感作动器和模糊自适应控制器可有效地抑制悬臂梁振动.     

压电板自适应独立模态控制初探

提出用分布式压电片组建模态传感器及作动器实现准独立模态控制的方法,为 结构的自适应控制提供了物质基础。结合自适应控制技术进一步进行了基于这种独 立模态控制策略的自适应振动控制实验研究,在压电板上取得了理想的控制效果。     

基于压电液压驱动器发动机主动支承系统的研究

设计和研究一种能用于主动控制的发动机支承系统,该系统由传统的橡胶支承与压电液压驱动器组成.以压电作动器做为系统的驱动源,确定了压电液压驱动器支承的基本结构形式,建立了系统物理模型,并对其进行仿真研究,提出了系统控制策略.     

基于光-压电的非接触式弹性圆环独立模态控制

在接近紫外波长的高能光束均匀照射下,极化的镧改性锆钛酸铅(PbLaZrTi,PLZT)铁电陶瓷具有反常的光生伏特效应,即在两极间会产生很高的电压。利用此电压信号来驱动层合于柔性板壳结构的压电作动器,可以实现对柔性板壳结构的非接触式控制。为实现弹性圆环的非接触式独立模态控制,利用模态展开技术及振型函数的正交性设计余弦状正交模态作动器,并利用PLZT产生的电压来驱动层合于圆环上的聚偏二氟乙烯(Polymeric polyvinylidene fluoride,PVDF)压电模态作动器。在控制策略上采用速度反馈的定光强控制,通过模态速度符号来调节压电作动器与PLZT的连接方向,以实现作动器产生控制力的正/负切换。采用Newmark-β法对弹性圆环在不同光强下的动态响应进行数值仿真分析。仿真结果表明,在PLZT产生的电压信号的驱动下,压电作动器对系统产生的驱动力随光照时间成指数倍增加,且光照强度越大控制效果越好。     

新型压电作动器驱动的直线电机驱动电源研究

基于压电作动器的大容性负载特性,通过电路匹配分析提出了基于直流升压变换器和谐振驱动控制电路;根据压电作动器驱动偏压要求,设计偏压电路使输出电压在-20~100 V之间;采用微处理器和D触发器设计驱动信号产生电路;将设计的驱动电源用于双作动器驱动的压电直线电机,电机运转平稳,电路功耗小,通过匹配不同的电感实现了宽频范围驱动.     

压电陶瓷用于智能梁结构的振动控制研究

从理论和实验两方面分析了利用压电作动器进行柔性梁结构振动主动控制的机理,建立了相应的实验系统,得出了智能梁结构的振动位移和驱动电压及传感电压之间的关系。实验中采用直接负反馈和趋势预测反馈控制方法,对智能梁结构进行了有效的振动主动控制,得到了良好的效果。     

双足压电直线作动器结构优化与实验

为提高双足压电直线作动器的有效驱动,增强作动器中二级杠杆微位移结构和柔性铰链的放大能力,对作动器的结构参数进行优化。首先,对二级杠杆微位移机构的放大倍数进行理论计算,基于ANSYS完成作动器定子作动仿真过程;其次,通过仿真分析发现,在作动器定子中综合使用直圆型柔性铰链和直梁型柔性铰链,会使作动器定子放大倍数得到优化,最优铰链参数对应的放大倍数为8.131;最后,制作了该作动器样机并进行了定子驱动足振幅测试,两驱动足的振动相对稳定。实验结果表明,驱动足I,II的位移振幅在60和63μm的上下范围浮动,与实际相符合。与现有的压电直线作动器相比较,该作动器结构简单,易于安装调试,具有大振幅驱动和运行稳定等特点。     

宏纤维复合材料MFC作动器迟滞非线性分析与补偿方法研究

作为一种新型的压电纤维复合材料作动器,宏纤维复合材料MFC(Macro fiber composite)具有响应迅速、机电换能效率高、封装完备和环境适应性强等特点,广泛应用于工程结构的振动、主动变形控制的领域。然而压电材料所固有的迟滞非线性特性直接影响着作动器的控制精度和驱动效果。构造MFC作动器驱动的悬臂梁结构的试验系统,建立基于试验数据的PI(Prandtl-Ishlinskii)和修正PI迟滞模型,进而开展针对主动控制的迟滞逆补偿模型研究。通过试验对这两种模型的准确性和逆补偿的有效性进行比较,结果表明修正的PI迟滞模型对MFC作动器的迟滞非线性特性具有良好的补偿结果,修正的PI逆模型的拟合位移是未进行电压补偿控制的2.14倍,是PI逆模型补偿控制的1.56倍。所发展的修正PI迟滞模型研究方法可以推广到其他压电材料迟滞行为的模拟。     

基于神经网络的智能化机构振动主动控制实验研究

进行了基于神经网络的智能化机构振动主动的实验研究，设计了具有压电陶瓷作动器与电阻应变计传感器的宏观智能化机构实验装置及其振动控制系统；根据实验样本数据，离线设计了神经网络控制器；采用基于神经网络的直接自校正控制策略对智能化机构实施了在线控制，机构的动力学品质得到了显著改善。     

基于压电自感作动器的振动主动控制系统研究

介绍了压电自传感作动器电学物理模型,分析了传统的桥路法在提取结构振动信号时所存在的问题,进一步提出了将最小二乘均方(Least Means Squares,简称LMS)自适应算法同时应用于压电自传感作动器传感与激励信号间的动平衡分离以及压电智能结构振动的主动控制,并从理论上进行了证明。软、硬件仿真试验结果表明：采用基于LMS的自适应算法可实现压电自传感作动器传感与激励信号完全地、不失真地分离以及压电智能结构振动的实时抑制。该策略原理简单,易于在智能结构振动主动控制、结构的健康监测中得到广泛应用．具有一定的实用价值和工程应用前景。     

拉压负载下的大推力压电直线作动器

为解决压电直线作动器在受到拉力和压力负载时的驱动问题,本文提出了一种双向压电直线作动器。该作动器主要采用双向螺旋箝位原理,实现双向大推力作动。结构上,将两个压电叠堆对称布局,梯形丝杠螺母组成螺旋箝位,匹配二者驱动时序实现压力和拉力下的驱动。为研究双向尺蠖驱动机理,设计了双向螺旋箝位机构和作动器总体结构;而螺旋箝位作为尺蠖驱动的关键因素,为了准确地表达箝位的可靠性,研究了力矩电机与柔性联轴器及压电叠堆的匹配关系,并通过ANSYS软件对箝位功能进行了仿真分析。设计加工的样机机身总长为233mm,最大外径为63mm,质量为1.1kg。搭建样机的测试系统,试验表明:该作动器的最大输出力可达190N,最高速度可达2.58mm/s,行程为60mm。     

基于机敏材料的冗余度柔性机器人弹性动力响应最优控制

为了改善冗余度柔性机器人的动力学品质,采用了振动主动控制方法。设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏连杆,构造了冗余度柔性机器人振动主动控制系统的状态空间表达式。利用独立模态空间控制理论设计状态反馈控制器,获得了压电作动器的实际控制电压,并根据连杆中点的应变信号对系统状态进行了近似估计。最后,以平面3R冗余度柔性机器人为例进行了计算机仿真,其结果证明了这种振动主动控制方法的有效性。     

基于音圈电机的主动悬架双闭环控制系统研究

为了提高电磁式悬架主动控制的性能,简化作动器结构以及控制系统,设计一套以单相两极的动圈式音圈直线电机作为作动器的主动悬架控制系统。设计了外环模糊PID,内环电流滞环的双闭环控制器。搭建了作动器驱动电路,验证音圈电机的电流跟踪控制,证明音圈电机作为作动器是简单有效的。通过分析汽车悬架模型和音圈电机模型,在MATLAB/Simulink仿真环境中按照实际参数搭建控制系统进行仿真验证,结果表明,该系统动态响应快,控制精度高,降低车身振动加速度约27%,该控制策略可以有效减振。     

压电式振动钻削工作台及其性能测试

在压电致动器的特点、性能简要分析的基础上,提出把压电致动器用做振动钻削振源的可行性,并进一步阐述了压电式振动钻削工作台的激振方式、结构形式,以及驱动与控制。对压电振动台的空载输出特性和钻削加工中的振动特性进行了测试和分析。测试结果表明,基于压电致动器的振动钻削工作台具有输出线性度好、波形基本不失真、振动参数畸变小、抗干扰能力强等特点,完全能够满足小孔和微孔振动钻削的需要。     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

光控压电混合驱动特性及影响因素分析

提出光控压电混合驱动,即利用铁电陶瓷镧改性锆钛酸铅(PbLa Zr Ti,PLZT)在紫外光照射下产生的光电压驱动压电作动器。这种新型光控方式的研究实现了PLZT作动器的非接触激励、抗电磁干扰的光激励特性与压电作动器响应速度快等优势互补。基于等效电学模型建立了在光-热-力-电等多能耦合作用下,压电作动器驱动电压及应变的本构模型;对作动器应变滞后性进行试验分析并与PLZT作动器进行了对比;对光控压电混合驱动的影响因素进行研究,探讨了光照强度、作动器电极表面面积、厚度等尺寸参数对作动器驱动电压的影响规律。     

一种基于模糊自适应的速度反馈主动抑振方法

为了实现对受到时变气动载荷扰动下悬臂梁式支撑结构振动的有效抑制,建立了基于压电作动器的振动主动控制系统并进行了试验研究。首先,分析了风洞模型振动主动控制的原理,并提出了一种内嵌于支杆内部的压电陶瓷叠堆式作动器的减振器结构;进而,提出了结构振动状态的评价指标,结合模糊逻辑设计了一种自适应变增益速度反馈控制方法;最后,搭建了试验验证平台,对主动控制系统进行了试验,并将提出的模糊自适应控制方法与传统速度反馈的效果进行了对比。试验结果表明,该控制系统与方法具有较高的稳定性与效率,在激励试验中振动速度幅值小于未控制时的18.2%。该系统与控制方法对扰动具有自适应调节能力。     

基于压电作动器的舰载机柜主动减振试验研究

安装有精密电子设备的舰载机柜具有很高的减振要求,尝试采用主动控制方法实现舰载机柜的多频振动控制。首先,基于叠堆压电作动器,建立了一套模型机柜主动减振试验系统;其次,进一步考虑舰载机柜的减振需求,采用多频并联结构自适应控制策略,进行了三频单入单出和四入四出的振动主动控制试验,并研究了控制系统对外扰激励和控制通道变化的自适应能力。试验结果表明：控制系统能够有效抑制被控点的低频线谱振动,单入单出情况下目标位置振动水平降低85%,四入四出状态下各被控点的振动控制效果均达到60%;叠堆压电作动器响应具有频带宽和响应速度快的特性,使系统对外扰激励及控制通道的变化具有较强的跟踪控制能力,具有一定的多频控制能力和较强的自适应性。     

柔性冗余度机器人的振动控制

研究了柔性冗余度机器人振动控制问题。利用冗余度机器人的冗余特性,经运动规划提高机器人的运动精度;然后在此基础上,在柔性臂上加压电作动器和应变传感器采用主动控制的方法来减振。通过一个平面3R机器人算例,验证了这两种控制策略结合的有效性。