柔性梁振动控制系统设计

采用压电自感知执行器作为传感器和执行器,对柔性悬臂梁的振动情况进行研究,建立柔性悬臂梁系统的动力学方程,通过模态分析压电结构对柔性悬臂梁振动主动控制的原则和方法。利用最优控制理论得到对振动进行计算得到的最优控制信号来抑制悬臂梁的振动,完成对振动进行控制的目的。     

压电自感知柔性悬臂梁振动控制系统研究

将压电悬臂梁系统离散化的状态空间方程作为预测模型,设计了预测函数控制器.采用电桥电路法分离出压电自感知执行器的感知信号,经过预测函数控制器处理后输出的控制信号作用于自感知执行器,产生相应的执行力来抑制悬臂梁的振动,从而达到振动控制的目的.仿真结果表明,所设计的振动控制系统对柔性悬臂梁振动抑制是非常有效的.     

自感知执行器—传感器、执行器集成新概念

总结了传感器与执行器集成的两种方式,即结构集成和功能集成,功能集成就是自感知执行器,如果待测信号能从执行器的控制信号中分离出来,理论上讲基于电磁耦合和机电耦合等可逆效应的换能器都可作自感知执行器,重点分析了压电材料作自感知执行器的物理基础,基于应变速度电桥电路制成了压电陶瓷自感知执行器,实验表明能有效抑制悬臂梁的振动。     

一种新型自感知作动器及其应用

利用压电片的正逆压电效应。提出了一种基于分时结构的自感知作动器，将压电片作为传感器和作动器的功能在时间上进行分离，以实现用同一压电片在作动与传感之间的功能切换，并探讨了其用于主动控制的可行性。对一悬臂梁的振动主动控制研究表明该自感知作动器在实际上是可行的。     

压电智能应用于柔性悬臂梁振动控制系统研究

基于模糊控制的振动控制方法,针对柔性悬臂梁,设计了相应振动控制器。采用电桥电路法分离出压电自感知执行器的感知信号,通过传感器将采集进来的信号,由最优控制理论离线计算得到理论输出值。并将理论输出值与对应的系统输入值对应起来,从而建立拥有最优解的模糊控制规则表。通过传感器采集系统状态并经过处理得到输出信号,作用于执行器上对柔性梁的振动进行抑制。仿真结果表明,采用的控制器对于改善振动快速控制是非常有效的。     

智能桁架结构振动控制中压电主动构件的研究：（一）压电主动构件设计

基于压电材料的压电作动效应，设计了一种可用于智能桁架结构振动控制的直线式压电主动构件，讨论了设计理论、参数选取及其对压电主动构件性能带来的影响。     

基于ARX模型的压电智能结构振动预测控制

采用预测控制法对压电智能结构的振动主动控制进行了实验研究，通过实验方法建立了系统的ARX模型，并在此基础上设计了预测控制器对结构进行振动主动控制。实验结果验证了该方法在压电智能结构振动主动控制中的可行性和有效性。     

压电主动构件在桁架结构振动控制中的应用

压电主动构件是一种集作动和传感于一体的能承载的器件。文章主要针对研制的压电主动构件,通过实验研究其在桁架结构振动控制中的应用。结果表明,这种压电主动构件作为桁架结构的内控制源,可以有效地提高结构的模态阻尼、抑制结构振动。     

基于压电变压器的小型化开关功率放大器研究

首先基于压电陶瓷变压器(PT)设计了一种用于驱动压电材料作动器的功率放大器,该放大器具有效率高,体积小,质量轻等优点,与DSP控制系统相结合,实现了振动主动控制系统的小型化和集成化。然后以典型的悬臂梁结构为控制对象,选用PZT作为传感器和驱动器,实现了对模型1阶弯曲模态的主动控制。通过实验,验证了所设计的开关功率放大器的可行性。     

四自由度压电自感知微夹钳的设计

为提高压电微夹钳操作的灵活性,省掉用于检测其位移的外部传感器,该文设计了一种新型的四自由度压电微夹钳,并采用自感知方法获得其钳指位移。首先,基于两组空间垂直交叉的横向逆压电效应,设计了在夹持方向和垂直夹持方向上同时运动的四自由度压电微夹钳新结构;其次,基于压电晶片在电压作用下发生变形的同时在其表面产生电荷的思想,提出了电荷积分的自感知方法获取压电微夹钳的钳指位移;最后,通过实验测试了压电微夹钳的静动态特性及位移自感知特性。实验结果表明,基于自感知方法获得的位移与基于传感器获得的结果具有较好的一致性。     

Self-Sensing Actuation With Adaptive Control in Applications With Switching Trajectory

This paper presents the application of self-sensing actuation (SSA) to facilitate the implementation of piezoelectric actuator in an intelligent mechatronic system. SSA is a technique to employ smart materials, such as piezoelectric materials, simultaneously as a sensor and an actuator; thereby increasing the level of integration of the system. The piezoelectric actuator is equipped with an exclusive adaptive controller amidst its nonlinearities and system's disturbance. The application area to be discussed is a microdispensing system, which is an example of a micromanufacturing process, combining a fluidic system and a positioning system.     

Feedforward Controller With Inverse Rate-Dependent Model for Piezoelectric Actuators in Trajectory-Tracking Applications

Effective employment of piezoelectric actuators in microscale dynamic trajectory-tracking applications is limited by two factors: 1) the intrinsic hysteretic behavior of piezoelectric ceramic and 2) structural vibration as a result of the actuator's own mass, stiffness, and damping properties. While hysteresis is rate-independent, structural vibration increases as the piezoelectric actuator is driven closer to its resonant frequency. Instead of separately modeling the two interacting dynamic effects, this work treats their combined effect phenomenologically and proposes a rate-dependent modified Prandtl-Ishlinskii operator to account for the hysteretic nonlinearity of a piezoelectric actuator at varying actuation frequency. It is shown experimentally that the relationship between the slope of the hysteretic loading curve and the rate of control input can be modeled by a linear function up to a driving frequency of 40 Hz     

Active high-frequency vibration rejection in hard disk drives

This paper presents an active vibration rejection (AVR) control technique to reject actuator arm resonance modes using a piezoelectric sensor attached to the actuator arm to detect high-frequency off-track actuator vibration. The voice coil motor (VCM) is used as an actuator, while the piezoelectric sensor is used as a sensor only. A multirate digital implementation is proposed for high-frequency AVR over the sector-induced sampling frequency. The vibration control signal can be synchronized with the slow-state feedback control input such that the two control signals are summed and applied to the VCM. Throughout an application example the proposed AVR scheme, using the VCM as an actuator while the piezoelectric sensor as a sensor, is shown to be very prospective for high-frequency vibration rejection, provided a good vibration sensing scheme is used.     

压电陶瓷驱动器在机器人柔性臂应用中的研究

研究了片状压电陶瓷驱动器在柔性手臂中的应用,推导了基本压电陶瓷驱动器的柔性臂静力学方程,建立了描述驱动器迟滞特性的Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型,提出了一种基于Ｐｒｅｉｓａｃｈ前钏环的ＰＩＤ掏方法对柔性夺动主动控制和轨迹控制俞中以有效地克服片状压电陶瓷驱动器的迟滞特性,消除柔性臂运动产生的振动,实现柔性臂的精度轨迹控制。     

压电振子结构参数对微雾化器耦合特性的影响

针对微雾化器存在的多能域能量耦合问题,建立了压电微雾化器的固-液-声耦合模型,对其耦合特性进行了数值计算,并着重分析了压电振子结构参数对耦合性的影响,得到了压电振子结构参数对于系统的结构振动、声压力波特性的影响规律。结果表明,由于液体层与固体的耦合作用,压电振子振动的同时,喷孔膜也产生振动,而且两者之间存在相位关系;压电振子的结构参数直接影响结构的耦合性、谐振频率大小以及背膜与喷孔膜的相位差,并且存在最佳的直径比和厚度比。因此,微雾化器设计时只考虑压电振子的振幅是不全面的,必须同时考虑喷孔膜的振动以及与背膜的相位关系,新的设计原则可为微雾化器的优化设计提供指导依据。     

Vibration control of linear robots using a piezoelectric actuator

This paper presents the results of vibration control strategy for high-speed linear robots using an auxiliary piezoelectric actuator. With acceleration reaching 3 g, rapid horizontal slewing motion inevitably excites the structural resonances of the robot and generates vertical vibration forces exceeding the tolerance of the end-effector. Instead of controlling the robot vibration from the main actuators (ac servomotors with limited bandwidth), a piezoelectric actuator is deployed to provide vibration suppression at the load in the z direction. This way the robot is treated as a disturbance generator while the piezoactuator is considered as the plant. A digital servocompensator is then designed and implemented to suppress these vibration modes. Typically, attenuation is achieved for the dominant mode with 30 dB and other modes with 15 dB. Suppression of vibration up to seven modes has been implemented satisfactorily.     

超精密机床的压电作动器隔振系统研究

压电作动器是振动主动控制中最常用的一种执行机构。文章分析了各种压电作动器的特点及应用范围 ,并用压电陶瓷作动器对超精密机床实施振动主动控制。结果表明 ,该系统应用控制器克服了压电元件的迟滞特性、蠕变特性和非线性后 ,能有效的控制地基振动对超精密机床的影响 ,提高了超精密机床的加工精度