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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

光电跟踪系统的区间2型模糊滑模控制方法

为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力,设计了一种1型模糊滑模控制方法,模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数;并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力,进而提升跟踪精度,同时降低SMC抖振;此外,用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优,并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明,IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。     

压电悬臂梁振动控制系统联合仿真与实验研究

针对传统的悬臂梁振动抑制系统建立动力学方程的复杂性和精确性不高等缺点,该文提出利用多物理场耦合仿真软件搭建悬臂梁系统作为被控对象,通过设计比例、积分、微分(PID)算法在Simulink中建立控制器模型,对悬臂结构进行振动控制联合仿真。由于结构具有未知性,因而传统控制器PID参数的选取常需根据经验进行试凑来确定。通过提出遗传算法优化PID参数的模型,从而实现参数在线优化实时控制压电悬臂梁振动,仿真和实验均验证了该模型的有效性。此外还通过改变压电执行器在悬臂梁不同应力处的位置进行了振动抑制的仿真与实验。结果表明,该算法模型具有很好的鲁棒性,在不同位置处均可获得最佳的PID整定参数,实现振动抑制最佳效果。     

Boost变换器的PID型滑模控制

以实现Boost变换器良好的动静态控制特性为目的,研究了变换器的PID型滑模控制策略。给出了PID型滑模电压控制状态表达式,并建立了该滑模控制变换器系统模型;设计了滑模切换面函数形式,推导出系统等效控制表达式;采用光滑函数方法降低滑模控制系统的抖振现象,得出了增加去抖振措施的控制表达式;给出了滑模切换面参数的选择方法。通过仿真与实验,验证了基于PID型滑模控制的Boost变换器系统理想的启动和扰动调节特性。     

滑模控制永磁同步电动机的矢量控制技术

本文为了解决传统PI控制器鲁棒性差、系统抗扰能力弱和动态响应的问题,针对永磁同步电动机矢量控制系统,设计了一阶滑模变结构速度环控制器。分析滑模转速控制器抖振产生的原因和影响,利用饱和函数设计了边界层滑模控制器,削弱了滑模控制器的抖振。搭建了在Matlab/Simulink环境下的仿真模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明该控制策略减小了系统的超调与振荡,使系统具有较好的鲁棒性和动、静态性能。     

基于压电振子的振动能量捕获行为研究

压电振子是实现振动能量捕获的重要基础,它的结构参数对其发电量和固有频率产生直接影响,需要进行优化设计.该文针对悬臂梁压电振子结构,采用ANSYS有限元建模方法,进行了静力学及模态仿真分析.研究了压电振子的各参数和质量块对其发电量、固有频率的影响规律,设计并搭建了实验台进行实验研究.实验结果验证了仿真分析的正确性,为压电振子的优化设计提供了依据.     

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。     

基于Si弹性层优化的悬臂梁式微压电驱动器

基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了悬臂梁式微压电驱动器,通过电能到机械能的转换,完成装置的位移输出任务.基于悬臂梁式微压电驱动器的设计和仿真,得出该微驱动器Si弹性层的最佳厚度为0.12 mm,仿真结果显示压电层与弹性层厚度比为2～3时,尖端位移输出较大,并模拟了其电压-位移输出情况.采用共晶键合的工艺制备了以PZ...     

面向负载功率的压电悬臂梁研究

基于电路负载阻抗匹配原理,为最大程度利用压电悬臂梁发电装置收集环境振动能量,保证压电悬臂梁外接负载能够正常工作,需要研究压电悬臂梁结构参数对其最佳输出功率以及相对应外接负载匹配阻值的影响。该文通过压电电路分析,研究了基板和压电陶瓷片的长度、厚度、宽度和质量块质量对压电悬臂梁最佳输出功率以及相对应负载匹配阻值的影响。结果表明,一定范围内,增加基板长度、压电陶瓷片厚度、质量块质量可以增加压电悬臂梁外接负载匹配阻值,增加基板厚度、压电陶瓷片长和宽可降低压电悬臂梁外接负载匹配阻值;随着基板长度、压电陶瓷片宽和长、质量块质量的增加,压电悬臂梁最佳输出功率得到显著提高,基板宽度对压电悬臂梁最佳输出功率基本无影响,增加压电陶瓷片的厚度,压电悬臂梁最佳输出功率先增加后降低,存在一个最佳输出功率。     

一种基于MEMS的新型镂空压电悬臂梁能量采集器

在经典的矩形悬臂梁结构基础上进行改进,设计了一种新型的基板与压电膜镂空的微悬臂梁能量采集器。在悬臂梁基板与压电膜上添加镂空,分析其结构尺寸(即镂空的长度、宽度、厚度以及数量)与压电振子固有频率和开路输出电压之间的关系,并通过调节其结构尺寸,使压电能量采集器具有更低的振动频率与更高的开路输出电压。实验结果表明,在镂空长度为200 μm,宽度为165 μm,数量为12时,该结构振子的固有频率可达到399.7 Hz,开路输出电压可达0.271 V。     

悬臂梁式压电振动能量收集器的疲劳分析

建立了悬臂梁式压电振动能量收集器的有限元模型,通过模态分析求解了其一阶固有频率,并通过实验验证了求解结果的准确性。对所建立的有限元模型进行静态分析后将静态分析的结果导入ANSYS nCode DesignLife中进行疲劳分析,结果表明,随着激励位移幅值的增大,压电层的应变与其成线性关系增大,而疲劳寿命迅速缩短,当激励位移增大1倍时,疲劳寿命缩短了284倍。因此在实际应用中,要综合考虑压电悬臂梁的输出电压及压电陶瓷层的疲劳寿命,才能实现最大的电能输出。     

基于横向振动模式的压电元件研究

为了解决大规模超声阵列中压电元件电阻抗匹配难度增加的问题,提出一种多层的基于横向振动模式的压电元件构造方法。利用压电陶瓷具有多种振动模式的特性,将基于厚度振动模式工作的压电元件转换为基于横向振动模式工作,在此过程中,压电元件振动方向不变,电极面积增加,间距减小从而其固定电容增加,电阻抗降低。该文提出了一种双层结构模式转换压电元件的构造方法,结合仿真分析,设计了基于横向振动模式压电元件,不进行阻抗匹配,其电阻抗降至约50Ω。