一种用电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构制造技术

一种用电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构，该结构是由梁，压电作动片，压电测量片，电阻，运算放大器，增益，补偿旁路传递函数－Ｈｔ（Ｓ）组成，其连接方式为：在悬臂梁的上下表面各贴压电测量片和压电作动片，两压电片的极化方向都沿着梁的厚度方向，在压电作动片后面接并联的电阻和运算放大器，于是两压电片，悬臂梁，并联的电阻和运算放大器一起构成了控制系统的一路传递函数，传递函数－Ｈｔ（Ｓ）与之并联，其他环节均为增益。本实用新型专利技术克服了现有技术中的不足，它消除了压电作动片局部激励应变的反馈，从而使压电结构的数学模型又回归到理论模型中去。它设计巧妙，操作简单，在结构振动主动控制技术领域中具有广泛的实用价值和应用前景。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种悬臂梁压电结构，特别涉及一种用电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构，属结构振动主动控制
(二)
技术介绍
目前，众多文献中记载的悬臂梁压电结构阻尼控制采用的是典型控制模式——速 度负反馈构成的闭环系统。本技术中用压电梁作为典型结构来解释典型控制模式及其 原理，但该模式也适用于各种其他结构。图1是众多文献采用的典型控制模式示意图，从图可见 1、在梁1的下表面贴有一压电作动片2，上表面同一位置贴有同一尺寸的压电测 量片3并后接运算放大器5和电阻4构成应变率传感器；这种作动器和传感器"同位"配置 能保证接成速度负反馈后的系统的稳定性。 2、压电应变率传感器输出us经增益gs后与外激励电压 相减，经功放增益ga后 激励压电作动片构成闭环。典型控制模式所带来的缺点和不足有 理论上阻尼比会随着回路增益g^a而增大。但是，实验结果并非如此令人满意。 随着gsga的增大，系统却趋向于不稳定，产生高频或很低频的自激振动，而此前模态阻尼比 增量还未达到期望的要求如0. 1。 观察实测到的应变开环频响，发现与理论模型有显著不同 1.相频特性在共振区下落Ji /2后不久却恢复到接近于零。 2.幅频特性在过共振区后并非以40db/oct斜率一直衰减下去，而是恢复到一个 近似常量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构，它克服了现有技术中的不足，而且设计巧妙，操作简单。本技术是通过以下技术方案实现的见图2所示 本技术一种用电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构，是由梁，压电作动片，压电测量片，电阻，运算放大器，增益，补偿旁路传递函数-Ht(S)组成，在悬臂梁的适当位置(位置的选取理论上不会有什么影响，最好不要取太靠近两端的位置)上下表面分别贴压电测量片和压电作动片，两压电片的极化方向都沿着梁的厚度方向。在压电作动片后面接并联的电阻和运算放大器，于是两个压电片，悬臂梁，并联的电阻和运算放大器一起构成了控制系统的一路传递函数，传递函数-Ht(S)构成校正环节与之并联，其他环节均为增益。 其中，两压电片的厚度小于0. 3毫米，面积小于3平方厘米； 其中，线性运算放大器及反馈电阻无特殊要求，购买市场通用产品即可。 其中，补偿旁路传递函数-Ht(S)通过力学原理设定函数形式，再按照一定的数学方法得到函数中的各项参数。见具体实施方法部分。 由于采用上述技术方案，本技术消除了压电作动片局部激励应变的反馈，从 而使压电结构的数学模型又回归到理论模型中去。附图说明图1本地速度负反馈控制阻尼的悬臂梁压电结构 图2电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构 其中图中符号说明如下 1悬臂梁；2压电作动片；3压电测量片；4电阻；5运算放大器；6增益gs ;7增益ga;8补偿旁路传递函数-Ht(S)。具体实施方式见图2所示，该技术说明如下 本技术，一种用电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构，是由悬臂梁1，压电作动片2，压电测量片3，电阻4，运算放大器5，增益gs6，增益ga7，补偿旁路传递函数-Ht(S)8组成。 他们的链接关系如下 在悬臂梁1的适当位置(位置的选取理论上不会有什么影响，最好不要取太靠近 两端的位置)，上下相对地贴上压电作动片2，压电测量片3，在压电测量片3后面接并联的 电阻4和运算放大器5，于是压电作动片2，压电测量片3，并联的电阻4和运算放大器5 — 起构成了控制系统的一路传递函数，传递函数_Ht (S) 8构成校正环节与之并联。6gs， 7ga均 为增益。 下面叙述Ht (s)的获得 设Ht(s)是应变波沿梁厚度方向的传播特性，其首阶固有频率很高，因此在梁的要 控制的频带范围内，可视为一比例环节，或更精确些，用一个在电路中很容易实现的惯性环 节去逼近它 "'(一i+,V (3-19) 其中gt为增益，Q 。为截止频率。 设Hv(co)为传统控制模式中的开环传递函数，其中包括了作动器局部激励应变带 来的干扰项——与Ht(")相关。我们要从实测的Hv(")中识别参数gt和Q。，并据此组建 简单的补偿环节-Ht(co)。最终我们将获得该环节的足够精确的数学表达式，该传递函数作 用为，将原来经典控制模式中压电作动片局部激励应变所带来的干扰信号进行抑制。关于 gt和Q。的说明如下 将(3-19)代回真实的开环频响函数(见图1)^(咖^^" vaZ , r、2 , +~"^T") (3陽20)4 我们要从实测的Hv(")中识别参数gt和Q。，并据此组建简单的补偿环 节-Ht(")。 其中b。为压电作动片宽度，bM压电测量片(或称传感器)<formula>formula see original document page 5</formula>为一常值，其中E， h， b分别为悬臂梁的弹性模量，厚度，宽度，Rf为反馈电阻4， Ep， S p， dp 分别为作动压电片弹性模量，厚度，压电系数，eps = Epsdps，其中Eps， dps分别为压电测量片的 弹性模量和压电系数。，nv，、分别为悬臂梁第r阶模态质量、刚度。^04)= J^O;"(x)血，其中①r(x)为悬臂梁第r阶固有振型，上标x表示对其求导，A为压电片的在梁上的覆盖面 积。据此组建简单的补偿环节-Ht(")。 选定频带("A， "b)，设其中含有梁的(例如)2阶主模态，那么在这一频带内有1 +(3-21)7a射 、0)1(3-22) (3-23)l-0/Qr)2 + y.20/Qr) 其中Qr，、是第r阶固有频率和阻尼比，是很容易用常规的模态识别程序(比如 正交多项式识别法，常规的方法，参阅任何一本相关的教材均可)求到的，认为是已知量。 设"b << Q。，因而在("A， "b)内有代回(3-21)有 ，)，g,(3-24)，(3-25)分别以实部和虚部写出有 ，，在("A， "b)内取n > 3个频率 AX = B(3-26)■ft)(3-27)V利用(3-26)可以建立出识别方程 (3-28) 其中<formula>formula see original document page 6</formula> <formula>formula see original document page 6</formula> <formula>formula see original document page 6</formula>从中可识别到 <formula>formula see original document page 6</formula>其中我们特别关心的是b,p a vgt3同理，可以从方程(3-27)识别到b,pd Vgt/Qc。二者合在一起最终求到bpsbp a vgt和Qc。 到此为止，我们还没有得到需要的gt，因为bpsbpCiv未知。不过它是开环频响Hv(")中的总体比例因子，即增益，是很容易识别的，从而也就知道了 gt。 由于采用上述技术方案，本技术消除了压电作动片局部激励应变的反馈，从而使压电结构的数学模型又回归到理论模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用电子补偿法控制阻尼的悬臂梁压电结构，其特征在于：该结构是由梁、压电作动片、压电测量片、电阻、运算放大器、增益和补偿旁路传递函数－Ｈ↓［ｔ］（Ｓ）组成，其连接方式为：在悬臂梁的上下表面各贴压电测量片和压电作动片，两压电片的极化方向都沿着梁的厚度方向，在压电作动片后面接并联的电阻和运算放大器，于是两压电片，悬臂梁，并联的电阻和运算放大器一起构成了控制系统的一路传递函数，传递函数－Ｈ↓［ｔ］（Ｓ）与之并联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚军，李晓钢，王晓红，李传日，吴飒，熊泽涛，袁虹，朱振宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]