复合作动器复合方式对平台主动隔振影响分析

为实现微隔振平台在较宽频带内的主动控制,将一弹性体和第三代压电致动器相串联,设计了一种复合式压电致动器。将复合致动器应用到微隔振平台,并对其整体建模、控制仿真时发现：弹性体相对于作动器位置不同时,在不同的外扰下对控制力的影响不同。为此,设计了一个针对不同外扰对控制力影响的评价函数,通过不同位置对评价函数影响的仿真,结果表明：当隔振平台系统受直接干扰时,弹性体位置对控制力的影响较大;当平台受地基扰动时,弹性体位置对控制力影响不显著。所以,复合作动器的布置形式取决于外扰的类型,且在实验室环境中,两种布置要达到相同的隔振效果,弹性体在上布置所耗费的能量小于其在下布置时的状态。     

智能梁压电致动器位置布置探讨

本文针对智能梁振动主动控制中,目前压电驱动器输出功率不足的缺点,通过振动模态理论和应变理论及观点,分析推导了智能梁中压电驱动器的最佳贴片位置,弥补了上述压电致动器的出力不足,提高了抑制控制效果,并通过实验验证了上述结论。     

用磁致伸缩作动器进行主动隔振的研究

本文对用磁致伸缩作动器的主动隔振系统进行了试验与分析。建立了采用此作动器的模拟试验台及控制模型，得到了被隔振机械主要工作频率成份的隔振量提高12dB和500HZ内总隔振量提高7．2dB的较满意的结果。为振动的主动控制应用于工程实际奠定了良好的基础。分析表明，该隔振系统为一主动惯性效应系统。对系统实施主动隔振，并没有恶化振源的运动状态。     

用于MEMS变形镜的双电极压电厚膜致动器

提出了一种用于MEMS变形镜的双电极驱动的压电陶瓷（PZT）厚膜致动器．采用有限元方法分析致动器变形时的应力分布情况,优化了内外圈电极尺寸,制作了61单元六边形分布的致动器阵列．测试结果表明,致动器在100V工作电压下的;中程约为6．6μm,谐振频率为58kHz,位移迟滞为8％～9％,通过采用单边电压一位移曲线的策略有效降低了位移迟滞,并进一步提出了分时驱动的电路方案．     

基于电荷泵的压电致动器迟滞非线性改善研究北大核心CSCD

压电致动器在精密定位、微纳米测量等领域得到了广泛的应用,然而迟滞和非线性现象严重影响了其定位精度和性能。虽然电荷驱动的方法可以降低大部分迟滞,但仍存在较为明显的残余迟滞,尤其是电压工作范围较大时,压电致动器的迟滞呈现增大的趋势。基于残余迟滞的分析和计算,提出了一种用于电荷泵驱动的残余迟滞改进方法,研究了校正参数的推导方法,改善了经典电荷泵驱动的迟滞非线性。通过实验发现,在驱动电压范围为0~100 V、驱动频率为0.1~2 Hz时,相比经典电荷泵驱动的2.79%迟滞,改进后的电荷泵驱动方法可以将迟滞进一步降低至0.47%以下,比经典的电荷泵驱动方法降低了83%左右。所提方法在精密测量等领域具有较好的应用价值。     

电磁辅助压电致动器设计开发与性能测试研究

传统的压电致动器,受限于压电致动的小行程,通常只能测量较小的范围。研发了一种电磁辅助压电致动器,同时具备电磁式致动器长行程与压电式致动器高分辨率的特点,该致动器包含可动件、导引槽、挠性件、电磁铁、压电元件以及控制电路。首先调整挠性可调预压装置并设定电磁铁电流,使得电磁致动力处于最大静摩擦力与动摩擦力之间;再利用压电组件所产生的微震动,控制可动件与导引槽之间的接触情况在静摩擦与动摩擦之间切换,从而完成长行程(10mm)且高分辨率(1.5μm)的往复运动。实验结果表明该致动器具备出色的定位能力。     

基于电流控制的压电陶瓷驱动器

为了解决电压控制型压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷时存在的迟滞、蠕变和带宽窄的问题,设计了基于电流控制的压电陶瓷驱动器,利用压电陶瓷致动器位移与其所带电荷量间的线性关系,该驱动器通过控制压电陶瓷的充电电流和时间控制其位移量．在此基础上,提出了以分辨率换取稳定性的动态保持控制方法,采用该电流型驱动器,实现了开环下对压电陶瓷致动器的稳定、快速、高精度定位．实验结果表明,该驱动器驱动行程为10μm的压电陶瓷时,满行程带宽大于1．5kHz,重复定位精度小于4nm（0．4％）．     

《压电堆作动器微振动控制平台控制效果评估与控制力效率分析》

微振动控制平台可安装在楼层上来消减源自地面的振动,在振动控制实验中,地面的激励无法复现,使用实验中测得的地面激励,计算隔振平台与楼层固连情况下的响应,用计算和实测平台响应的速度谱评价振动控制效果;根据实测的结构响应和压电堆作动器的力平衡方程计算作动器的实际输出力,与实测数据的对比表明,所用方法可较好地模拟作动器输出力;对比作动器输出的有效控制力和产生的电场力,讨论作动器控制力的效率。     

压电叠堆位移放大致动器的动态特性

为了准确掌握压电叠堆位移放大致动器的动态特性,本文利用谐响应分析、阻抗测试法和动态投影栅线法对其进行分析研究。首先,使用ANSYS分析软件对放大机构的模态和位移随频率变化情况进行有限元分析。然后,运用压电陶瓷的阻抗测试法,对这一压电致动器的阻抗特性进行测量分析。最后通过动态投影栅线法对压电致动器的通放电位移状况进行测量分析。实验结果表明：位移放大机构的谐响应频率为1724Hz,能提供较大的输出力矩;压电致动器的谐振频率为8.3KHz左右,反谐振频率为8.75KHz左右,它的工作最快响应时间在0.3ms以内;它能在0.5ms内完成位移的突变,位移波动小于5um,且位移量随电压值呈线性变化;放电时的动态位移过程平稳。因此,这一压电致动器具有响应速度快,位移波动小、线性度好、精度高,输出力矩大等较好的动态响应特性,能被广泛应用于各种需要响应快、精度高、位移大的微位移控制驱动系统中,其应用前景值得期待。     

基于磁流变液的微致动器模型分析与研究

磁流变液的驱动与控制在微观和宏观流体的驱动与控制有很大的不同,在微观条件下驱动与控制技术更为复杂和多样化,本文将在宏观模型的基础上分析研究磁流变体在微观状态下流体驱动中的关键技术,指出影响微观状态下系统控制特性的主要因素,探索磁性微流变体应用于微致动器的理论基础.     

飞轮微振动的准零刚度多向隔振方法

针对航天器飞轮微振动的低频隔振难题,提出了基于准零刚度机理的多自由度非线性隔振方法.建立基于准零刚度支杆的Stewart隔振平台的动力学模型,通过增量谐波平衡(incremental harmonic balance,IHB)法分析了支杆刚度、激励力和力矩幅值对隔振性能的影响.在四自由度飞轮线性扰动模型的基础上,建立飞...     

冗余六自由度并联隔振平台多维隔振性能研究

隔振平台能够抑制动载设备在转场运输及工作过程中受到的各种振动冲击,使其保持最佳的使用寿命和工作精度;针对应用于动载设备的隔振平台存在着负载质量轻、隔振维数少以及低频隔振效果不佳等问题,提出了一种液压冗余式、主被动复合支撑的六自由度并联隔振平台,结合并联隔振平台参数化的主被动混合隔振数学模型和模糊PID复合控制算法,针对...     

二维并联跨尺度压电精密位移驱动平台研制

多自由度跨尺度精密位移驱动平台在光学计量检测、半导体制造、生物医学工程等诸多领域具有广泛的应用需求。针对串联多自由度压电驱动平台结构厚重的问题,结合压电柔性铰链机构和冲击驱动原理,研制了一款结构紧凑的二维并联跨尺度压电精密位移驱动平台。通过有限元仿真和实验测试验证其性能,结果表明：压电柔性铰链定子的静态位移为7.95μm,固有频率为11.80 kHz。低频步进位移和高频平滑运动测试表明：原理样机的步进位移分辨力为100 nm,平滑运动速度为4.96 mm/s,负载力达到100 mN以上。原理样机基本满足多自由度跨尺度精密位移驱动的技术要求,在微纳光学检测等系统中具有良好的应用价值。     

准零刚度微振动隔振器的原理和性能研究

使用屈曲欧拉梁负刚度调节机构和线性隔振器并联,设计了一种准零刚度隔振器。该隔振器的特点是加载后,系统在平衡点位置的动态刚度为零,同时保留原线性隔振器的承载能力。使用更高阶的泰勒展开来简化系统的回复力,在激励幅值较大时提高了谐波平衡法的响应求解精度。通过求解零刚度隔振器和线性隔振器的力传递率,比较了两种隔振器的性能。结果显示,准零刚度隔振器具有比线性隔振器更宽的隔振频带以及更小的共振放大系数。随着激励幅值的减小,准零刚度隔振器性能变得更好,甚至出现无共振峰的全频段振动衰减。本文所设计的准零刚度隔振器为小幅值振动甚至微振动的隔离提供了新的思路。     

空气弹簧隔振平台姿态模糊控制研究

空气弹簧隔振器在舰船上已经被广泛使用，但是空气弹簧漏气往往造成隔振平台姿态倾斜或者高度下降，严重影响设备的正常工作以及隔振性能．因此，检测漏气情况以及保持平台姿态平稳是空气弹簧隔振系统需要解决的关键技术问题．由于大型设备的空气弹簧隔振平台结构往往非常复杂，很难建立其精确的数学模型，常规的依靠精确模型的控制策略在这里无法奏效．文中分析了空气弹簧漏气对隔振平台姿态的影响，提出了一种漏气快速检测方法，利用模糊控制理论对空气弹簧隔振平台的姿态控制进行了研究和试验．试验结果表明，空气弹簧隔振系统姿态模糊控制技术是完全可行的，效果良好．     

Electromechanical analysis of piezoelectric bimorph actuator in static state considering the nonlinearity at high electric field

This article contains electromechanical analysis of a piezoelectric bimorph actuator at high electric field by incorporating second-order constitutive equations of piezoelectric material. Tip deflection, block force, block moment, block load, output strain energy, output energy density, input electrical energy, and energy efficiency are analytically derived for the actuator at high electric field. The analysis shows that output energy and energy density increase more rapidly at high electric field, compared to the prediction by the linear model. The analysis shows energy efficiency depends on electric field. Some analytical results are validated with the published experimental results.     

On non‐linear behaviour of spherical shallow shells bonded with piezoelectric actuators by the differential quadrature element method (DQEM)

The static behaviour of spherical shallow shells bonded with piezoelectric actuators and subjected to electrical loading are studied in this paper by using the differential quadrature element method (DQEM). Geometrical non‐linear effects are considered. Detailed formulations for the DQ circular spherical shallow shell element and the DQ annular spherical shallow shell element are given for the first time. Numerical studies are performed to evaluate the effects of actuator size, thickness and boundary conditions. Very accurate results are obtained by the DQEM. Based on the results reported in this paper, one may conclude that the DQEM is a useful tool for obtaining solutions for smart materials and structures exhibiting geometric non‐linear behaviours. Thickness effects cannot be neglected when the actuator thickness is comparable to that of the base material. Snap‐through may occur when the applied voltage reaches a critical value even without mechanical loading for certain geometric configurations. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Experimental investigation on the piezo-composite actuator with piezoelectric single-crystal layer

Studies on muscle mimicking actuators have increased in the last two decades due to the possibility of various applications for compact lightweight actuators including small unmanned aircrafts, missile, and biomimetic robots. Piezoelectric materials have been used in a variety of applications ranging from shape control of structure and active vibration control of structure to noise suppression due to compact size and good frequency response. Conventional polycrystal piezoelectric ceramic materials, however, have limited actuating strains and displacement, hindering their use in actuators for small aerospace vehicles. In this study, the design and fabrication method of an actuator with a piezoelectric single-crystal layer were investigated to increase the actuation strain and displacement. From a comparison of the performance of the LIPCA-C2 and LIPCA-S prototypes, it was found that the new LIPCA-S2, which has much higher coefficient of the unimorph actuator, can generate an actuating displacement more than twice that of LIPCA-C2.     

新型车载医疗救护隔振平台设计及仿真

车载医疗救护隔振平台是一种以车辆为载体的伤病员专用救护装备。为了最大程度地避免伤病员在运送中因车辆振动而造成的二次伤害,获得最佳减振效果,设计了一款新型车载医疗救护隔振平台,它具有大长宽比、多层串联的结构特点。为了获得该平台的关键隔振参数,建立了隔振平台的物理模型,并采用基于分析力学的拉格朗日法建立了平台的状态方程,应用MATLAB软件对在典型激励作用下的隔振参数进行了优化,得到了最优的平台减振弹簧刚度和阻尼。最后,为了研究该新型隔振平台在车辆运行过程中的减振效果,建立了基于被动悬架的隔振平台全系统动力学模型,并采用ADAMS软件仿真分析了在斜坡路面和正弦起伏路面两种典型激励下的隔振平台的输出响应。结果表明,该隔振平台能够极大地衰减来自地面的冲击和振动,尤其对于恶劣路况,其减振效果更佳。该隔振平台结构及参数设计符合工程实际,所采用的优化方法和全系统建模及仿真方法正确、有效。