自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路制造技术

本发明专利技术涉及一种自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，应用于贴有压电片的机械振动结构，能够有效增加该结构的阻尼，使该结构的振动幅度迅速减小，且引入机械结构的阻尼可根据外界振动强度实时匹配，从而避免传统SSDV电路存在的不稳定问题。外界振动强度信息的获取通过振动强度提取模块实时监测接上电路后压电片的开路电压幅值来实现，该模块由无源包络检测电路和RC低通滤波器构成。根据反馈的压电电压幅值大小，电路实时调节串联在LC谐振回路中极性相反的两个电压源的电压幅值，从而保证系统持续稳定运行。本发明专利技术电路设计简单，运行功耗低，能有效抑制较宽频带范围内的机械结构振动，且无需额外的压电片或者激光位移传感器。移传感器。移传感器。

【技术实现步骤摘要】
自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路


[0001]本专利技术涉及应用于压电振动控制的电路技术，特别是涉及一种自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路。

技术介绍

[0002]压电振动控制系统因其具有体积小、重量轻和兼容性强等优点，在结构振动抑制上展现出巨大的潜力。著名的压电分流阻尼振动控制技术在过去二十年被学者广泛研究。其中SSDV(synchronized switch damping on voltage source，电压源同步开关阻尼)是一种有效的压电分流阻尼电路设计方案。但是，示例性的SSDV由于串联的电压源幅值一直保持不变，导致外界激励较弱时，会出现稳定性问题，因为此时压电片的作用不再是抑制振动而是增强振动。为了保留SSDV优良的振动抑制特性并解决稳定性问题，研究者开始改进SSDV。Adrien Badel等学者首先提出了自适应SSDV。他们通过在原有起制动作用的压电片的位置处安装另一片压电片来感知振动的强度，并将感知的信息反馈给控制器，控制器随之按一定的电压系数调节串联电压源的电压幅值，使其适配当前的振动强度。之后，也有学者采用各种算法来更加精确地调整电压源幅度，同时用激光位移传感器代替额外的压电片来感知振动强度。这些方法虽然解决了SSDV的稳定性问题，但是实验中采用的都是DSP(数字信号处理器)来处理振动感知设备(激光位移传感器或者额外的压电片)反馈的信息，并没有开发一个能应用于真实振动抑制应用场景的实用电路。如何设计一款无需额外振动感知模块、简单实用且价格低廉的自适应SSDV电路极具研究意义和商业价值。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要提供一种电路结构简单、成本低的自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路。
[0004]一种自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，包括：压电元件，用于设置在被控结构上；第一可调电压源；第二可调电压源，与所述第一可调电压源的电压幅值相同、极性相反；振动强度提取模块，包括包络检测电路和与所述包络检测电路连接的分压电路，所述包络检测电路用于获取所述压电元件的电压值，所述分压电路用于将所述包络检测电路输出的电压进行分压后输出给所述第一可调电压源，使所述第一可调电压源的电压幅值与所述压电元件的电压值的比值为定值；电感L，与所述压电元件的第二端连接；正负峰值开关，包括正峰值开关和负峰值开关，所述正峰值开关与所述第二可调电压源连接，用于在所述压电元件的电压值到达极大值时闭合，从而使所述电感L和压电元件通过所述正峰值开关与所述第二可调电压源连通，形成LC谐振电路以实现所述压电元件的电压翻转；所述负峰值开关与所述第一可调电压源连接，用于在所述压电元件的电压值到达极小值时闭合，从而使所述电感L和压电元件通过所述负峰值开关与所述第一可调电压源连通，形成LC谐振电路以实现所述压电元件的电压翻转；其中，所述定值为(1
‑
γ)/(1+γ)，γ为电压翻转系数。
[0005]上述自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，根据压电元件的电压幅值与被控结构的振动强度以及第一可调电压源的电压幅值的线性关系，采用包络检测电路和分压电路实现对第一、第二可调电压源的电压幅值的实时调控，从而无需激光位移传感器或者额外的压电片来感知振动强度，电路结构简单且成本较低。
[0006]在其中一个实施例中，所述振动强度提取模块还包括连接于所述包络检测电路和分压电路之间的低通滤波器。
[0007]在其中一个实施例中，所述低通滤波器是RC低通滤波器，包括相互连接的电阻R3和电容C1。
[0008]在其中一个实施例中，所述分压电路包括相互串联的电阻R1和电阻R2，所述电阻R1不连接所述电阻R2的一端连接所述电阻R3和电容C1，所述电阻R1连接所述电阻R2的一端为所述分压电路的输出端。
[0009]在其中一个实施例中，所述包络检测电路包括二极管D1和电容C2，所述二极管D1的阴极连接所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接所述压电元件的第二端，所述二极管D1的阳极连接所述压电元件的第一端。
[0010]在其中一个实施例中，所述第一可调电压源包括电压跟随器，所述电压跟随器的输入端连接所述分压电路的输出端。
[0011]在其中一个实施例中，所述电压跟随器包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的正相输入端连接所述分压电路的输出端，所述运算放大器U1的反相输入端连接所述运算放大器U1的输出端。
[0012]在其中一个实施例中，所述第二可调电压源包括反相放大器。
[0013]在其中一个实施例中，所述反相放大器包括运算放大器U2、电阻R4及电阻R5，所述电阻R4接于所述运算放大器U1的输出端和所述运算放大器U2的反相输入端之间，所述电阻R5接于所述运算放大器U2的反相输入端与所述运算放大器U2的输出端之间。
[0014]在其中一个实施例中，所述正负峰值开关还包括电容C3，所述电容C3的第二端连接所述压电元件的第二端；所述正峰值开关包括PNP三极管Q2和NPN三极管Q4，所述PNP三极管Q2的基极连接所述压电元件的第一端和所述NPN三极管Q4的集电极，所述PNP三极管Q2的发射极连接所述电容C3的第一端，所述PNP三极管Q2的集电极连接所述NPN三极管Q4的基极，所述NPN三极管Q4的发射极连接所述第二可调电压源；所述负峰值开关包括NPN三极管Q1和PNP三极管Q3，所述NPN三极管Q1的基极连接所述压电元件的第一端，所述NPN三极管Q1的发射极连接所述电容C3的第一端，所述NPN三极管Q1的集电极连接所述PNP三极管Q3的基极，所述PNP三极管Q3的集电极连接所述压电元件的第一端，所述PNP三极管Q3的发射极连接所述第一可调电压源。
附图说明
[0015]为了更好地描述和说明这里公开的那些专利技术的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的专利技术、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些专利技术的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
[0016]图1是一实施例中自适应SSDV压电振动控制电路的拓扑示意图；
[0017]图2是一实施例中自适应SSDV压电振动控制电路的电路原理图；
[0018]图3是一实施例中自适应SSDV压电振动控制电路的典型波形示意图；
[0019]图4是一实施例中自适应SSDV压电振动控制电路的能量循环示意图；
[0020]图5是一实施例的自适应SSDV压电振动控制电路和一传统SSDV的仿真结果对比示意图。
具体实施方式
[0021]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0022]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，其特征在于，包括：压电元件，用于设置在被控结构上；第一可调电压源；第二可调电压源，与所述第一可调电压源的电压幅值相同、极性相反；振动强度提取模块，包括包络检测电路和与所述包络检测电路连接的分压电路，所述包络检测电路用于获取所述压电元件的电压值，所述分压电路用于将所述包络检测电路输出的电压进行分压后输出给所述第一可调电压源，使所述第一可调电压源的电压幅值与所述压电元件的电压值的比值为定值；电感L，与所述压电元件的第二端连接；正负峰值开关，包括正峰值开关和负峰值开关，所述正峰值开关与所述第二可调电压源连接，用于在所述压电元件的电压值到达极大值时闭合，从而使所述电感L和压电元件通过所述正峰值开关与所述第二可调电压源连通，形成LC谐振电路以实现所述压电元件的电压翻转；所述负峰值开关与所述第一可调电压源连接，用于在所述压电元件的电压值到达极小值时闭合，从而使所述电感L和压电元件通过所述负峰值开关与所述第一可调电压源连通，形成LC谐振电路以实现所述压电元件的电压翻转；其中，所述定值为(1
‑
γ)/(1+γ)，γ为电压翻转系数。2.根据权利要求1所述的自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，其特征在于，所述振动强度提取模块还包括连接于所述包络检测电路和分压电路之间的低通滤波器。3.根据权利要求2所述的自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，其特征在于，所述低通滤波器是RC低通滤波器，包括相互连接的电阻R3和电容C1。4.根据权利要求3所述的自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，其特征在于，所述分压电路包括相互串联的电阻R1和电阻R2，所述电阻R1不连接所述电阻R2的一端连接所述电阻R3和电容C1，所述电阻R1连接所述电阻R2的一端为所述分压电路的输出端。5.根据权利要求1所述的自适应电压源同步开关阻尼压电振动控制电路，其特征在于，所述包络检测电路包括二极管D1和电容C2，所述二极管D1的阴极连接所述电容C2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海鸥，梁丕树，胡小江，李江城，
申请(专利权)人：深圳市爱协生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：