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。     

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.     

压电悬臂梁振动模糊滑模控制

针对压电悬臂梁的振动问题,该文提出了一种模糊滑模主动控制策略,以在抑制悬臂梁振动的基础上减小抖振。根据均质梁单元和压电梁单元运动方程引入状态向量,建立了压电悬臂梁的状态空间方程。通过平衡截断法对压电悬臂梁模型进行降阶,以提高计算效率,并以降阶模型为对象设计了模糊滑模控制器。运用模糊规则调节切换增益,饱和函数替换符号函数,有效地减小了滑模控制的抖振现象,利用Lyapunov函数证明其稳定性。结果表明,基于饱和函数的模糊滑模控制不仅能控制压电悬臂梁的振动,还能降低抖振现象。     

基于子空间辨识的压电悬臂梁振动控制研究

针对柔性结构的振动普遍存在复杂性、非线性和建模难的特点,跳过了复杂的机械-电压建模,基于子空间系统辨识方法的基本算法和特点,设计出抑制悬臂梁振动的一种最优控制器,并在算法实现、算法性能方面进行了仿真和实时控制实验。实验结果表明,算法在提高系统辨识精度,降低计算量等方面都有显著提高,控制效果比较理想。     

基于压电悬臂梁低频振动的微颗粒聚集

微颗粒操控技术以其控制精确,成本低及简洁高效的特点,在生物医学工程和微纳米器件制造领域有广阔的应用前景。传统操控方法对无磁性、无导电性及大密度固体微颗粒的操控存在不足。因此,该文提出一种基于压电悬臂梁低频振动的微颗粒操控系统,利用流场底部流动实现微颗粒的聚集。聚集显微实验表明,压电振子的低频振动激发流场底部流动,使培养皿底部的球型氧化铝颗粒向目标区域移动和聚集,并在122 s时达到稳定状态。对试验结果进行图像处理,结果表明,微颗粒稳定聚集后的聚集面积为79 405 μm2。该操控方法可实现大密度微颗粒的聚集,且聚集范围大,可为微纳器件制造提供参考。     

不同形状压电振子的振动发电行为研究

利用压电振子将环境振动能量转化为电能是无线传感器自供电领域的一个研究热点,而压电振子的几何形状是影响其振动发电的重要因素之一.该文针对矩形、梯形、三角形3种形状的压电振子,首先从理论上推导了它们的应变表达式,然后对3种压电振子分别进行了有限元建模和静力学仿真分析,最后进行了实验验证.仿真和实验结果表明,在相同条件下,三角形压电振子明显改善了应变分布,产生的电压最大,梯形压电振子次之,而矩形压电振子最小,可用于指导实际中压电振子结构形状的优化设计.     

悬臂梁能量回收装置压电片位置与尺寸优化研究

研究了悬臂梁式压电振动能量回收装置压电片贴片位置和尺寸优化问题。首先分析推导出了应变方程、开路电压方程和压电能量方程,然后提出了运用开路电压和压电能量方程得到压电片的最优贴片位置和最优尺寸的优化方法,最后运用提出的优化方法通过理论计算得到了一、二阶模态下压电片最优贴片位置及最优尺寸,并运用abaqus软件进行了仿真分析。结果表明,理论计算与仿真分析结果基本吻合,一、二阶模态下压电片最优位置分别为梁的根部和中部,最优尺寸均约为梁长的一半。说明提出的压电片位置和尺寸优化方法是正确有效的。     

悬臂梁光纤振动传感器的振动光调制模型

本文就采用弹性悬臂梁为振敏体的光纤加速度传感器研究中的关键性理论问题,即振动加速度对光强的调制的理论问题,利用连接器耦合理论推导出了完整的动态解析模型。套用此理论模型可方便地实现光纤振动传感器的计算机仿真和CAD。该模型还是光纤加速度传感系统信号处理的理论依据并可推广应用于其它光纤振动传感器的研究中。文中给出了利用计算机模拟出来的结果。     

磁场增强压电悬臂梁震动发电装置

在压电悬臂梁的自由端施加非均匀磁力增加梁的振幅,探索研究了磁力对悬臂梁的谐振频率漂移、输出电压和输出功率的影响。结果表明,引入非均匀磁场斥力,压电悬臂梁的输出电压和输出功率得到明显提高。当负载电阻为100 kΩ,振动台(LDS)用0.200 V正弦电压驱动时,由尺寸75 mm×7.8 mm×0.35 mm的锆钛酸铅镧(PLZT)长压电片和80 mm×7.8 mm×0.10 mm黄铜片构成的压电悬臂梁在谐振频率的电压和功率输出分别为19.02 V和1.8 mJ。     

压电元件在悬臂梁多模态振动控制中的应用

基于压电元件的被动控制技术正得到越来越多的重视。该文以悬臂梁为受控结构,深入研究和探讨了RLC电路在多模态振动中控制的应用。具体分析了压电片的最佳粘贴位置和模拟电感的实现等问题,最后给出了串、并联形式的RLC电路在悬臂梁减振应用中的实验结果。     

不对称悬臂梁压电发电装置的实验研究

为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,研究了不对称悬臂梁压电发电机的发电性能,利用有限元方法分析了压电晶体重合度对压电振子输出电压的影响关系,得出了压电晶体最佳重合度并进行了实验验证.研究结果表明,不对称压电振子结构优于完成对称的压电振子结构,当压电晶体间重合度为0.2时,悬臂梁压电振子的输出电压最大,实验结果与有限元分析吻合.当压电振子在负载电阻为15 kΩ时,此时负载与压电振子内阻匹配良好,输出功率达到最大,(为6.8 mW),产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

压电智能挠性板的主动振动控制研究

对挠性悬臂矩形板的主动振动控制进行了研究。给出了悬臂板的压电敏感器和致动器的布置准则，并推导了悬臂板的（包括弯曲和扭转振动模态）基于分布式压电致动器的压电致动方程，可以根据该方程设计悬臂板压电主动振动抑制的控制器。该文在控制方法上采用应变律反馈控制和线性二次型（LQR）控制，计算机数字仿真结果表明：设计的控制律对于悬臂板的弯曲和扭转振动是有效的。     

蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计了一种新型的蝴蝶式多层压电悬臂梁。为了研究该装置中每个压电双晶梁的发电性能,建立了在自由端外力作用下压电悬臂梁的输出电压理论模型,以此用来分析压电双晶梁的开路输出电压。制作了多层压电发电装置,并搭建实验平台对装置的发电电压进行实验测试,将实验测试数据与理论计算结果进行比较,两者误差小于10%。将发电装置中的6层压电片串联后研究发现,装置的发电电压基本不变,而发电功率可达单层的6倍,说明该新型蝴蝶式多层压电悬臂梁结构可提高发电能力。     

一种基于梯形压电悬臂梁的能量采集器研究

提出了一种基于d33模式的梯形压电悬臂梁式能量采集器.采用梯形悬臂梁结构能提高能量采集器的平均应力和降低其最大应力,增加其输出电压和使用寿命;同时由于压电材料的d33系数一般是d31系数的2～3倍,利用d33模式同样能提高能量采集器的输出电压.分析和制备了同尺寸的d31模式和d33模式两种能量采集器,并进行测试.实验结果表明,d33模式能量采集器的输出电压约是d31模式的2倍,具有较高输出电压,与有限元分析结果基本一致.     

压电悬臂梁发电机能量转换效率研究

为提高车轮轮毂振动下的压电悬臂梁发电机能量转换效率,根据哈密顿原理建立了发电机能量转换效率模型,利用数值模拟和试验分析的方法研究了发电机结构尺寸和材料特性对其能量转换效率的影响规律。研究表明,金属基板过厚或太薄、杨氏模量太小都不利于提高发电机的能量转换效率。在金属基板材料不同时,存在一个最佳厚度比(金属基板与总厚度之比)使发电机能量转换效率最高,铜、铝、钼3种金属基板材料的发电机最佳厚度比分别为0.67、0.72、0.45;在相同厚度比(0.5)条件下,钼基板的发电机能量转换效率较高,随着杨氏模量比(金属基板的杨氏模量与陶瓷的杨氏模量之比)的增大,发电机能量转换效率增高,但当杨氏模量比大于4时,发电机的能量转换效率变化不明显。     

梯形梁压电俘能器的特性研究

传统悬臂梁压电俘能器通常采用矩形梁结构,其压电片宽度为定值,对于压电片的利用效率有限。该文设计了一种梯形梁结构,将悬臂梁及其上附着的压电层设计为梯形,压电片宽度沿梁长方向逐渐变窄,并针对梯形梁结构的压电俘能器进行理论研究、仿真计算与实验分析,同时与传统矩形梁俘能器进行了对比。结果表明,同样的谐振状态下,梯形压电片中应力分布比矩形压电片中更均匀,且梯形梁压电俘能器具有更高的电压输出。     

利用PZT块材制备微型压电悬臂梁采能器的研究

采用压电陶瓷(PZT)片状块材设计并制作了一种可集成于微机电系统的压电悬臂梁能量采集器.介绍了元件的整体制备流程,包括湿法化学蚀刻、反应离子(RIE)干法蚀刻、UV-LIGA等流片技术.该文利用环氧树脂将PZT紧密粘结在基片上的方法步骤和工艺参数作了详细描述,最终获得了2000μm×750μm×500μm(长×底宽×尖...