基于电流控制的压电陶瓷驱动器

为了解决电压控制型压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷时存在的迟滞、蠕变和带宽窄的问题，设计了基于电流控制的压电陶瓷驱动器，利用压电陶瓷致动器位移与其所带电荷量间的线性关系，该驱动器通过控制压电陶瓷的充电电流和时间控制其位移量．在此基础上，提出了以分辨率换取稳定性的动态保持控制方法，采用该电流型驱动器，实现了开环下对压电陶瓷致动器的稳定、快速、高精度定位．实验结果表明，该驱动器驱动行程为10μm的压电陶瓷时，满行程带宽大于1．5kHz，重复定位精度小于4nm（0．4％）．     

基于泛布尔代数的结构振动控制机理

本文介绍了泛布尔代数的数学模型、公理体系和化简方法 ;针对高层建筑的特点 ,舍弃寻求被控制对象的精确数学模型 ,提出了“基于泛布尔代数的结构振动控制” ,分析了其的逻辑机理 ,建立了基于泛布尔代数的MR阻尼器的半主动控制算法。应用本文提出的控制方针对 12层的高层结构受控地震反应的模拟仿真 ,结果表明其控制简单、灵活、方便 ,能满足这种结构的控制要求。     

基于三段PI模型的压电驱动器迟滞补偿方法

迟滞非线性降低了压电陶瓷驱动器对期望位移的跟踪精度,为解决该问题,本文通过二次规划寻优算法,基于最小均方误差准则,以压电陶瓷驱动器的运动速度规律为依据,对压电陶瓷运动速度规律不同的迟滞段分别进行PI建模.建模结果表明,相较于传统PI模型,本文提出的三段PI模型能精确地描述压电陶瓷迟滞曲线的非奇对称性.在对压电陶瓷三段PI建模的基础上,计算出压电陶瓷三段PI逆模型的阈值向量与权系数向量.通过建立的三段PI逆模型对压电陶瓷进行迟滞补偿控制,实验结果表明,与传统PI逆模型迟滞补偿控制相比,三段PI逆模型迟滞补偿控制方法将压电陶瓷对期望位移的跟踪精度提高了81.3%.     

吸声覆盖层的理论模型和数值仿真

运用Furukawa微观模型获得了0-3型压电陶瓷/橡胶复合材料的等效参数,在此基础上,建立了0-3型压电陶瓷/橡胶复合材料的吸声模型并通过数值仿真分析了该复合材料的参数对它的吸声系数的影响。     

PMMN系压电陶瓷表面化学镀镍

以次亚磷酸钠为还原剂，在PMMN系压电陶瓷表面进行碱性化学镀镍作为电极使用；确定了适用于PMMN系压电陶瓷体系的碱性镀液和镀镍工艺参数；通过SEaM对镀镍层表面进行了分析，研究了施镀时间对镀镍层厚度的影响，镀镍时间在15～20min较佳。实验结果表明，PMMN压电陶瓷表面化学镀镍层均匀、致密无开裂现象．     

（K0.54N0.46）NbO3-LiSbO3无铅压电陶瓷的电学性能与相结构

利用传统的电子陶瓷工艺制备了（1-x）（K0.54Na0.46）NbO3-xLiSbO3[（1-x）KNN-xLS]无铅压电陶瓷，研究了LiSbO3对（KNN-xLS陶瓷的相结构与介电压电性能的影响．研究结果表明，（1-x）KNN-xLS陶瓷的准同型相界位于0．04〈x〈0．06；（1-x）KNN-xLS陶瓷的电学性能强烈地依靠化学成分，在准同型相界附近具有加强的电学性能；（1-x）KNN-xLS0=O．05）陶瓷的室温压电常数达220pC/N，径向机电耦合系数达43％，居里温度为368℃，正交．四方转变温度为90℃，介电常数为l145，介电损耗为2．8％，剩余极化值为26．6p．C/cm^3，矫顽场为13．8kV/cm．因此可以认为，该陶瓷体系是具有应用前景的无铅压电陶瓷材料之一．     

压电陶瓷片迟滞补偿建模及悬臂梁主动控制研究

为增强压电悬臂梁振动控制效果,提出一种基于最小二乘法的逆迟滞补偿控制算法。在不同电压下对压电陶瓷片位移进行实测,应用最小二乘法对其迟滞环进行多项式拟合建模,并利用压电片逆迟滞补偿模型对控制电压进行补偿。通过悬臂梁振动主动控制试验系统研究PID控制器在有、无逆迟滞补偿时的控制效果。结果表明:经过PID逆迟滞补偿后的主动控制效果比传统PID提高10.083%。因此,该逆迟滞补偿方法能够有效增强压电陶瓷片的主动控制效果,对于压电悬臂梁振动主动控制具有重要参考价值。     

一种改进的小波分析消噪方法及其在健康监测中的应用

结构物的变形可以根据压电智能材料的正压电效应来监测,但是由于压电材料是电学材料,易受外界环境的干扰,预将压电材料用于实际工程的健康监测,好的滤波方法是必备的条件之一。采用小波分析对信号进行降噪和故障诊断是其有效的应用之一,本文在小波多分辨分析阈值法的基础上,对阈值进行了修正,仿真结果表明其效果优于传统阈值法;将该方法应用于利用压电陶瓷传感器所监测到的一框架剪力墙模型的振动信号降噪中,其结果表明该法可以较有效去除噪声。     

Bi3NbTiO9的结构与电学性能

用传统固相法成功制备出了致密的、相对密度超过95％的BiaNbTiO9(BNT)压电陶瓷；采用XRD和SEM对陶瓷的结构和晶粒形貌进行了表征；测出了BNT陶瓷在居里温度点附近的介电特性，同时确定了该陶瓷的居里温度Tc为914℃。电滞回线的测试显示了该材料典型的硬铁电性，经过高温极化，测出材料的压电常数d33=7pC／N。     

基于压电材料的主动吸声降噪方法研究

提出了用压电材料进行主动吸声的方法.用压电陶瓷作为主动吸声系统中的吸声材料,通过等间距布置于压电陶瓷正前方的两个麦克风传感器,检测出平面入射声波与反射声波,利用压电陶瓷的压电性能,在压电陶瓷上加电压使得反射声波为零,从而达到主动吸声的目的.最后对不同频率入射的声波用matlab语言进行了仿真,仿真结果表明文中所提方法的可行性.     

基于光控压电混合驱动悬臂梁独立模态控制

本文提出利用镧改性锆钛酸铅（PLZT）的光电效应,将PLZT作为电动势源来驱动压电作动器,从而实现光控板壳结构的振动控制。基于光控压电等效电学模型建立了光控压电混合驱动的数学模型,并进行了实验验证。为了实现光控悬臂梁的独立模态控制,针对悬臂梁结构,设计了正交模态传感器/作动器表面电极形状函数。提出PLZT与压电作动器正/反接控制的激励策略,并结合速度反馈定光强控制的控制算法,利用Newmark-β法对不同光照强度下悬臂梁的动态响应进行了数值仿真分析。分析结果证明了本文所设计的模态传感器/作动器及针对光控压电混合驱动提出的控制策略的正确性。     

基于声辐射模态的有源解耦控制的溢出问题及控制模型

基于声辐射模态的有源解耦控制理论,从声辐射模态的四种对称形式的角度出发,讨论各组压电作动器对声辐射模态（1～8阶）伴随系数的激励特性,分析有源解耦控制的溢出问题。本文结合四组压电作动器的控制特性,将前八阶声辐射模态辐射的声功率分成四组模态声功率,建立一种新的有源解耦控制模型,使得在中频范围内控制溢出得到有效的抑制。数值仿真结果表明,新的控制模型不仅保持了在低频范围内较好的控制效果,同时避免了在中频段的控制溢出现象,实现有源解耦控制在0～1000Hz频率范围内的预期效果。     

温度梯度场中梁的形变控制研究

5介绍了一种新型的压电作动器—层叠式压电作动器,并使用这种作动器对温度场中的梁进行了形状控制研究。根据哈密顿原理,得到了粘贴有层叠式压电作动器的梁结构的控制方程,进行了数值仿真,并且用Comsol软件进行了模拟,两者的结果基本一致。对压电作动器的控制电压进行了优化,得到了最优控制电压。由于层叠式压电作动器的控制力与压电片的层数成二次函数关系,当控制电压恒定时,层叠式压电作动器的控制力随着压电器层数的增加而迅速减小。使用层叠式压电作动器可以在比其他作动器更小的电压下取得更好的控制效果。通过与普通压电作动器的比较,可以发现层叠式压电作动器可以有效地降低作动器的施加电压,而且可以显著增强控制效果。这种形状控制方法为应用层叠式压电作动器进行薄壁结构的形状控制提供了理论基础。     

基于压电智能结构的镗削振动主动控制的仿真与实验研究

在镗削加工中,由于镗杆长颈比较大,因此,普遍存在镗削振动问题,这种振动限制了切削效率,影响了工件表面质量。提出以压电振动干扰抑制镗削振动的设想,建立了含有压电控制单元的镗削振动系统动力学模型;基于该模型设计了实验装置。理论仿真和实验分析结果表明,该装置能够有效抑制镗削过程中镗杆的振动,且结构简单,易于实现。     

压电驱动器的非对称迟滞模型

为了补偿压电驱动器的非对称迟滞,提出了改进型Maxwell迟滞模型.Goldfarb提出的经典Maxwell迟滞模型由多个基础单元并联叠加而成,其基础单元为单个弹簧-物块单元,迟滞特性为平行四边形,故只能描述对称迟滞.为了能描述压电驱动器非对称迟滞,提出了基础单元迟滞特性为梯形的模型.为了简化算法程序,将梯形单元优化为两个三角形单元组合而成.为了验证该模型,以压电工作台为实验对象,运用该迟滞模型的逆模型进行迟滞补偿控制.单独的迟滞逆模型前馈开环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差从7.37％降到了1.56％,输入输出基本呈线性关系.逆模型结合PID复合反馈闭环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差进一步降低到0.53％,输入输出呈很好的线性关系.这表明本文所建立的迟滞模型能很好地描述压电驱动器非对称迟滞特性.     

压电梁振动的多输入多输出主动控制

对表面上贴有多个用作驱动器和传感器的压电陶瓷片的“压电梁”结构，导出了从驱动器到传感器的频响函数公式，作为压电结构设计和振动控制的数学模型。提出了压电梁对缓变周期扰动振动环境的多输入多输出振动抑制方法。     

Control of mechanical deformation of a laminate by electrical load to piezoelectric actuator considering the effects of damping and transverse shear

In this paper, we treat the control of dynamic deformation of a laminate by applying electrical load to piezoelectric actuators. Dynamic behavior of the laminate is analyzed considering the effect of damping due to interlaminar shear and the effect of transverse shear. The analytical model is a rectangular laminate composed of fiber-reinforced laminae and piezoelectric layers. The model is assumed to be a symmetric cross-ply laminate with all edges simply supported and to be subjected to unavoidable mechanical load and to electrical loads to piezoelectric actuators. Behavior of the laminate is analyzed based on the first-order shear deformation theory. The effect of damping due to interlaminar shear is incorporated into our analysis by introducing the interlaminar shear stresses which satisfy the Newton’s law of viscosity. The following quantities are obtained: (1) natural frequencies of the laminate, (2) weight functions for the deflection and rotations and (3) transient deflection due to loads varying arbitrarily with time. Moreover, the methods to control the deflection due to mechanical load by applying electrical voltage to the piezoelectric actuator are shown.     

有源控制解耦中压电作动器位置优化

研究基于声辐射模态理论进行有源控制解耦中压电作动器的位置优化问题。以往的研究得出：只要四组作动器满足某种对称形式布置,就可以实现声辐射模态的有源控制解耦,但是满足对称性布置的四组作动器位置有无数个。在主动控制中,压电作动器的位置如何布置一直是个难题。论文以输入控制功率最小化为目标,对四组压电作动器的位置进行了优化。     

特征模型自适应控制方法在悬臂梁振动主动控制中的应用

特征建模理论和方法是对现有控制理论关于对象建模理论的一个发展,为高阶、参数未知对象进行低阶控制器、自适应控制器和智能控制器的设计提供了理论依据,为工程设计带来极大的方便。基于特征模型的自适应方法与常用的间接自适应方法相比,待辨识的参数更少,控制器算法更简单。由于基于特征模型的自适应方法是一种很新的方法,在实际系统中的应用还比较少,因此有必要通过在实际系统的应用来验证该方法的有效性并不断改进和完善该方法。为此,利用压电智能结构作为挠性悬臂梁的敏感器和致动器,采用特征模型自适应控制方法对挠性悬臂梁的振动进行主动控制,并比较研究了特征模型自适应控制算法和正位置反馈（PPF）控制算法的物理仿真结果,通过物理仿真验证了特征模型自适应控制器抑制梁弯曲振动的有效性。     

考虑外部阻抗的压电叠层作动器机电耦合模型

压电叠层作动器在结构振动控制及其它场合表现出良好应用前景,建立能够反映其物理本质的数学模型非常重要。以压电材料的本构关系以及杆的纵向振动方程为基础,考虑外部阻抗的影响,推导了短路机械阻抗、电阻抗以及转换系数的表达式,并构造了转换方程,从而建立了能够描述压电叠层作动器与主体结构之间机电耦合特性的阻抗模型。理论分析和数值模拟结果表明外部阻抗对这些参数有重要影响：当两端的外部阻抗完全相同时,作动器的电阻抗和转换系数有最高的共振频率,作动器可看成两个具有固定-自由边界条件的作动器的串联。其它情况下则均有不同程度的降低。因此,为实现更好的控制效果需要考虑阻抗匹配问题。