基于压电驱动的自感知振动抑制研究.pdf

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1、振动与冲击第34卷第l2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于压电驱动的自感知振动抑制研究刘永斌一，陈凤林，张连生，张平(1．安徽大学机械工程系，合肥230601；2．中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，合肥230027)摘要：提出一种压电自感知电荷驱动方法，研究用同一压电元件在抑制振动的同时又能感知振动状态。该方法控制电路简单，在智能结构中易于实现，且电路调节方便，振动抑制效果好。将该方法应用于悬臂梁的一阶振动抑制，悬臂梁自由端振幅可被抑制约达90％。实验结果表明，该方法在驱动压电元件致动的同时可感

2、知结构的运动状态，有望应用于诸如扫描探针显微镜、智能结构监测与控制等领域中。关键词：自感知；振动抑制；电荷驱动；压电元件中图分类号：THI13．1；TM282；TM131文献标志码：ADOI：10．13465／j．cnki．jVS．2015．12．008Self-sensingvibrationsuppressionbasedonchargerdrivenpiezoelementsLIUYong—bin，CHENFeng—lin，ZHANGLian—sheng，ZHANG(1．DepartmentofMechanicalE

3、ngineering，AnhuiUniversity，Hefei230601，China；2．DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrumentation，USTC，Hefei230027，China)Abstract：Amethodofself-sensingchargerdriverwithpiezoelementswaspresented．Thepossibilitywasinvestigatedthatapiezoelectricelementisutilize

4、dsimultaneouslyasasensorwhileitactuatestosuppressvibrationbasedonthepresentedmethod．Thecontrolcircuitofthemethodissimple，convenienttobeadjustedandeasytobeimplementedinsmartstructures．Anditiseffectivetodampvibrationofbeamusingthemethod．Theamplitudeofvibrationisacti

5、velymitigatedbyafactorexceeding90％，whenthemethodisappliedtothefirst—ordercantilevervibrationsuppression．Theexperimentalresultsshowthatthepiezoelectricactuatorcaneffectivelyperceivestructuremotionwhilebeingdrivenbychargerdriver．Furthermore，themethodcanalsobeusedinn

6、umerousfields，suchasscanningprobemicroscopy，monitoringandcontrolofsmartstructures．Keywords：self-sensing；vibrationsuppression；chargerdriver；piezoelement工程结构中的振动控制问题，如精密定位中的结的传感器与致动器互相独立且成对使用，由于精度、安构振动抑制，随着科技的进步得到了快速的发展，具有装位置等因素的影响，常会造成对结构振动的感知与振动控制的智能结构在精密驱动与精密定位中得

7、到了抑制的不一致，从而不能快速、精确控制结构振动。同广泛的应用。压电陶瓷材料由于具有诸如体积小、响时，作为振动抑制的关键环节，致动器的大小、布局的应速度快、输出力大、换能效率高、控制方式相对简单位置、材料的特性、致动器的形状及激励致动器信号的等优点，常被用作智能结构振动控制中的传感器和致形式及变化规律等因素直接影响振动控制的效果。动器。智能结构的振动控制研究始于20世纪80年针对上述问题，研究者提出用单片压电材料既做代，国内外学者做了大量的研究并取得了丰硕的成感知振动的传感器又用作振动控制的致动器，研究结果¨J。传统用于振

8、动控制的智能结构通常采用分布构自感振动抑制方法。文献[3]基于压电材料的机电本构方程提出一种桥式电路用于感知压电致动器式传感器感知结构的振动激励，并通过控制系统协调在致动时的应变变化，从而实现自感知振动抑制。其分布式致动器动作以控制结构的振动。这种智能结构提出的桥式电路中电容与压电材料串联，电容上的电基