一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置，包括电源模块、电路模块和控制面板三个部分，其中电路模块包括开关电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元。本发明专利技术装置通过控制面板上的接口与计算机以及贴设在待控结构上的压电元件等设备连接，形成基于非线性同步开关阻尼半主动振动控制系统，能够很好地实现短路同步开关阻尼技术SSDS、电感同步开关阻尼技术SSDI、电压同步开关阻尼技术SSDV和负电容同步开关阻尼技术SSDNC等振动控制技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种结构振动控制装置，尤其涉及一种多方法集成的同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置。
技术介绍
压电半主动控制方法是基于压电主动和被动控制技术发展起来的一种新的振动控制方法，目前正得到广泛地研究。具有代表性的是一种基于非线性同步开关阻尼技术的半主动振动控制方法，这种方法也被称为SSD技术(SSD Synchronized Switch Damping),在电路中串联电感和开关等一些简单的电子元件使得压电元件上的电能被快速消耗或实现电压翻转，从而达到减振的目的。压电主动控制具有较好地控制效果，但它的系统庞大复杂，系统的可靠性因而降低，难以实现小型化、轻量化；压电被动控制比较简单、易于实现，但缺点是电路中的电感和电阻参数对环境变化适应能力差。与压电被动、主动控制方法相t匕，压电半主动振动方法的控制系统简单，仅仅开关工作需要外界能量，因此控制所要的外界能量很小，不需要精确的结构振动模型，且控制效果比较稳定，适合于宽频带振动控制。目前，基于非线性同步开关阻尼技术的半主动振动控制方法主要分为四种短路同步开关阻尼技术(SSDS技术)、电感同步开关阻尼技术(SSDI技术)、电压同步开关阻尼技术(SSDV技术)和负电容同步开关阻尼技术(SSDNC技术)。在以往的研究中，为了利用上述四种半主动振动控制技术实现结构的振动控制，都需要临时搭建模拟电路，电路的稳定性差，与计算机等外部设备的连接没有标准的接口，操作较为复杂，并且针对不同的控制技术间的切换，需要大范围地更换电子元器件，器件的可重复利用性较低；另外，临时搭建的电路可保存性较差。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是利用非线性同步开关阻尼技术，提供一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置。该同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置能够将短路同步开关阻尼技术(SSDS技术)、电感同步开关阻尼技术(SSDI技术)、电压同步开关阻尼技术(SSDV技术)和负电容同步开关阻尼技术(SSDNC技术)的控制电路集成到一起，实现部分电子元器件的使用共享，节约成本，提高器件的重复利用性和电路的稳定性；通过标准的接口使得本专利技术的控制装置与外部设备间的连接更方便与稳定；通过本专利技术控制装置的控制面板使得实验操作更为简单快捷。为解决上述技术问题，本专利技术的一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置，包括电源模块和振动控制电路模块；其中所述电源模块将220V交流电分别转换为±45V和±12V的直流电给所述振动控制电路模块供电；所述振动控制电路模块包括开关电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元；其中，所述开关电路单元包括第一至第三接口、第一运算放大器、第一至第五电阻、第一至第二场效应管、第一至第四单刀双掷开关、第一至第二二极管； 其中，所述第一接口的两端分别与第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端接地，所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端分别与所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第二电阻的另一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、第五电阻的一端分别与所述第一运算放大器的输出端连接； 所述第三电阻的另一端连接所述电源模块的+12V输出；第四电阻的另一端与所述第一场效应管的栅极连接；第五电阻的另一端与第二场效应管的栅极连接； 所述第一至第四单刀双掷开关分别包括一个动触点和两个静触点；所述第一场效应管的漏极与第一二极管的阴极连接，所述第一场效应管的源极与第三单刀双掷开关的动触点连接； 所述第一二极管的阳极、第二二极管的阴极分别与第二接口的一端连接； 所述第二场效应管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二场效应管的源极与第四单刀双掷开关的动触点连接； 所述第二接口的另一端与第一单刀双掷开关的动触点连接；所述第一单刀双掷开关的第一静触点接地，第二静触点与第二单刀双掷开关的动触点连接； 所述第二单刀双掷开关的第一静触点与负电容单元连接，第二静触点分别与第三接口的一端、电感单元连接，所述第三接口的另一端接地； 所述第三、第四单刀双掷开关的第一静触点分别连接所述电压源单元，所述第三、第四单刀双掷开关的第二静触点分别连接所述第三接口的接地端； 所述第一接口连接外部计算机，用于接收外部计算机发出的开关切换信号；所述第二接口连接外部压电元件，用于接收压电元件由于应变产生的电压信号； 当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到正向极值时，所述第二接口、第一二极管、第一场效应管所在支路导通；当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到反向极值时，所述第二接口、第二二极管、第二场效应管所在支路导通； 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时，实现短路同步开关阻尼技术； 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第二单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接后与电感单元连接，或者通过第三接口与外接电感连接时，实现电感同步开关阻尼技术； 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时，实现电压同步开关阻尼技术； 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第二单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时，实现负电容同步开关阻尼技术。作为本专利技术的改进，所述开关电路单元还包括第五、第六接口、第五双刀单掷开关；其中，所述第五双刀单掷开关的一端分别连接第一、第二场效应管的源极，第五双刀单掷开关的另一端分别与第五、第六接口连接；所述第五接口连接外部负电压，第六接口连接外部正电压，当所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、所述第三单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接，同时将第五双刀单掷开关闭合，同时将第五双刀单掷开关闭合，实现电压同步开关阻尼技术。作为本专利技术的进一步改进，还包括控制面板；所述控制面板包括第一至第五标准同轴电缆连接器接头、第一至第五开关、第一至第四可变电阻旋钮和第一、第二外接电感接口 ；所述第一标准同轴电缆连接器接头与电路模块中的第二接口连接，将采集到的压电元件上的电压信号输入到所述电路模块中；第二标准同轴电缆连接器接头与所述电路模块中的第一接口连接，将外部计算机发出的开关切换信号输入到所述电路模块中；第三标准同轴电缆连接器接头与所述电路模块中的第四接口连接，将外部电源信号输入到所述电路模块中；第四接标准同轴电缆连接器接头连接所述电路模块中的第五接口，用于将外部负电压输入到所述电路模块中的第一场效应管的源极；第五标准同轴电缆连接器接头连接所述电路模块中的第六接口，用于将外部正电压输入到所述电路模块中的第二场效应管的源极；所述第一至第五开关分别对应电路模块中的第一至第四单刀双掷开关和第五双刀单掷 开关，用于选择控制装置的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置，包括电源模块和振动控制电路模块；其中所述电源模块将220V交流电分别转换为±45V和±12V的直流电给所述振动控制电路模块供电；其特征在于：所述振动控制电路模块包括开关电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元；其中，所述开关电路单元包括第一至第三接口、第一运算放大器、第一至第五电阻、第一至第二场效应管、第一至第四单刀双掷开关、第一至第二二极管；其中，所述第一接口的两端分别与第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端接地，所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端分别与所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第二电阻的另一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、第五电阻的一端分别与所述第一运算放大器的输出端连接；?所述第三电阻的另一端连接所述电源模块的+12V输出；第四电阻的另一端与所述第一场效应管的栅极连接；第五电阻的另一端与第二场效应管的栅极连接；所述第一至第四单刀双掷开关分别包括一个动触点和两个静触点；所述第一场效应管的漏极与第一二极管的阴极连接，所述第一场效应管的源极与第三单刀双掷开关的动触点连接；所述第一二极管的阳极、第二二极管的阴极分别与第二接口的一端连接；所述第二场效应管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二场效应管的源极与第四单刀双掷开关的动触点连接；所述第二接口的另一端与第一单刀双掷开关的动触点连接；所述第一单刀双掷开关的第一静触点接地，第二静触点与第二单刀双掷开关的动触点连接；所述第二单刀双掷开关的第一静触点与负电容单元连接，第二静触点分别与第三接口的一端、电感单元连接，所述第三接口的另一端接地；所述第三、第四单刀双掷开关的第一静触点分别连接所述电压源单元，所述第三、第四单刀双掷开关的第二静触点分别连接所述第三接口的接地端；所述第一接口连接外部计算机，用于接收外部计算机发出的开关切换信号；所述第二接口连接外部压电元件，用于接收压电元件由于应变产生的电压信号；?当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到正向极值时，所述第二接口、第一二极管、第一场效应管所在支路导通；当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到反向极值时，所述第二接口、第二二极管、第二场效应管所在支路导通；当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时，实现短路同步开关阻尼技术；当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第二单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接后与电感单元连接，或者通过第三接口与外接电感连接时，实现电感同步开关阻尼技术；当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时，实现电压同步开关阻尼技术；当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第二单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时，实现负电容同步开关阻尼技术。...

【技术特征摘要】
1.一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置，包括电源模块和振动控制电路模块；其中所述电源模块将220V交流电分别转换为±45V和±12V的直流电给所述振动控制电路模块供电；其特征在于所述振动控制电路模块包括开关电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元；其中，所述开关电路单元包括第一至第三接口、第一运算放大器、第一至第五电阻、第一至第二场效应管、第一至第四单刀双掷开关、第一至第二二极管； 其中，所述第一接口的两端分别与第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端接地，所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端分别与所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第二电阻的另一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、第五电阻的一端分别与所述第一运算放大器的输出端连接； 所述第三电阻的另一端连接所述电源模块的+12V输出；第四电阻的另一端与所述第一场效应管的栅极连接；第五电阻的另一端与第二场效应管的栅极连接； 所述第一至第四单刀双掷开关分别包括一个动触点和两个静触点；所述第一场效应管的漏极与第一二极管的阴极连接，所述第一场效应管的源极与第三单刀双掷开关的动触点连接； 所述第一二极管的阳极、第二二极管的阴极分别与第二接口的一端连接； 所述第二场效应管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二场效应管的源极与第四单刀双掷开关的动触点连接； 所述第二接口的另一端与第一单刀双掷开关的动触点连接；所述第一单刀双掷开关的第一静触点接地，第二静触点与第二单刀双掷开关的动触点连接； 所述第二单刀双掷开关的第一静触点与负电容单元连接，第二静触点分别与第三接口的一端、电感单元连接，所述第三接口的另一端接地； 所述第三、第四单刀双掷开关的第一静触点分别连接所述电压源单元，所述第三、第四单刀双掷开关的第二静触点分别连接所述第三接口的接地端； 所述第一接口连接外部计算机，用于接收外部计算机发出的开关切换信号；所述第二接口连接外部压电元件，用于接收压电元件由于应变产生的电压信号； 当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到正向极值时，所述第二接口、第一二极管、第一场效应管所在支路导通；当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到反向极值时，所述第二接口、第二二极管、第二场效应管所在支路导通； 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时，实现短路同步开关阻尼技术； 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第二单刀双掷开关的动触点与其第...

【专利技术属性】
技术研发人员：季宏丽，裘进浩，吴义鹏，张锦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：