智能桁架结构振动控制中压电主动构件的研究:(三)压电主动构件动力学建模

压电堆是压电主动构件的核心作动单元。文章基于压电弹性体的本构关系和一维杆波动理论，考虑其自感应电场的影响，首先推导出压电堆的动力学模型。在此基础上，利用力学等效原理，建立了压电主动构件的等效动力学模型，揭示了压电主动构件的力学工作特性，实验结果表明该等效动力学模型是合理的。     

智能桁架结构振动控制中压电主动构件的研究：（二）压电主动构件的实验

通过实验研究了压电主动构件的工作性能：输出位移、输出力特性及其相关问题。针对压电主动构件的力学输出量与其驱动电压的非线性关系，提出了一种在驱动电路中串联电容的方法，来改善这个非线性特性和减小相位滞后问题。     

智能桁架结构振动控制中压电主动构件的研究：（一）压电主动构件设计

基于压电材料的压电作动效应，设计了一种可用于智能桁架结构振动控制的直线式压电主动构件，讨论了设计理论、参数选取及其对压电主动构件性能带来的影响。     

压电主动构件在桁架结构振动控制中的应用

压电主动构件是一种集作动和传感于一体的能承载的器件。文章主要针对研制的压电主动构件,通过实验研究其在桁架结构振动控制中的应用。结果表明,这种压电主动构件作为桁架结构的内控制源,可以有效地提高结构的模态阻尼、抑制结构振动。     

用于微振动主动控制大位移压电堆驱动器设计

首先对压电堆驱动器的静态驱动特性进行了系统的理论分析,为压电堆驱动器的结构设计奠定理论基础。在此基础上,对压电堆驱动器的动态驱动特性及其结构模态等的测试方法进行了研究,从而为压电堆驱动器有效的应用于各类微振动主动控制系统奠定基础。最后设计并制作了一台大位移压电堆驱动器,对其各项性能进行了理论计算和实验测试,结果达到了预期设计要求,并成功应用于某微振动主动控制系统中,取得了良好的主动振动控制效果。     

切向极化同轴压电陶瓷圆片堆的扭转振动研究

利用压电陶瓷的压电及运动方程。研究了切向极化压电陶瓷细棒及同轴压电陶瓷堆的扭转振动。推出了单一压电陶瓷细棒扭转振动的机电等效图及其输入电阻抗。并得出了其频率方程。在此基础上，利用四端网络理论，研究了切向极化同轴压电陶瓷圆片堆的扭转振动特性，并得出了其网络方程及机电等效图。文中还给出了截面扭转系数以及压电陶瓷细棒扭转振动的机电耦合系数等概念。     

结构振动控制中压电阻尼技术研究：（二）压电主动阻尼技术

对压电主动阻尼技术进行了理论和实验研究，结果表明，采用压电陶瓷元件（ＰＺＴ－５１）作为控制系统中的传感器与致动器，通过主动阻尼控制键，能有效抑制结构的振动响应．     

压电叠堆执行器迟滞非线性建模与分析

压电叠堆执行器输出位移具有迟滞非线性特性,在高精度控制和电静液作动器等应用领域,为实现进一步研究和控制,需要针对该特性进行建模。该文首先针对压电叠堆执行器的静态特性,采用改进的非对称BoucWen模型建立压电叠堆执行器的准静态模型;其次,为描述其动态位移输出特性,将执行器输出力分为线性模块和滞后模块,根据系统动力学方程建立压电叠堆执行器迟滞非线性动态模型,进行参数辨识、模型仿真与实验研究。结果表明,在400Hz频率范围内,所建立的模型能够准确描述与预测压电叠堆执行器输出位移的迟滞非线性。     

Cymbal型压电换能器等效压电常数影响因素分析

通过对Cymbal换能器压电陶瓷片受力分析,给出了其压电方程的边界受力约束条件,建立了Cymbal型压电换能器等效压电常数de33函数模型。模型计算结果与试验结果吻合。并利用该模型,分析了Cymbal换能器几个关键参数对等效压电常数de33的影响规律。     

径向双压电叠堆执行器建模与实验研究

该文设计了一种径向双压电叠堆执行器,可以实现单压电或双压电叠堆驱动,在不增加轴向长度的基础上实现输出位移的放大.针对该执行器,建立了基于Bouc-Wen的压电动态迟滞力模型作为执行器整体动力学模型力的输入;在MATLAB/Simulink中,基于最小二乘法对迟滞力模型中的参数进行辨识.仿真与实验结果表明,在峰-峰值14...     

压电叠层传感/致动器的特性研究

压电叠层传感／致动器是智能主动构件中的重要组成部分，是一个机电耦合的交互系统。给出了压电叠层传感／致动器的设计原理，并对压电叠层传感／致动器的动静态工作特性进行了实验研究与分析，揭示了其输出位移大、稳定性和重复性好、滞后效应小等优良特性，为研制性能优良、稳定的智能主动构件提供了依据。     

压电机敏混凝土原理

将压电元件埋入混凝土构件中，形成敏感网络，可以无源、主动、不间断在线监测混凝土工程结构的动态特性。为了同时实现对结构静特性的监测，用相同的压电元在电激励下产生声振动，声波在结构中传播，结构的静、动态特性都将调制声传播，其他的压电元将声信号转换成电信信号输出。压电机敏混凝土技术，充分利用了压电特性。可以实现结构的在线、不间断、主动及无源监测，解决了土木工程结构监测中空间大范围分布、时效性、能耗的要求。     

压电复合材料薄壳结构振动主动控制

对表面粘贴压电元件的复合材料薄壳结构的应变驱动原理、振动控制方程进行了分析。建立了自适应控制系统，对粘贴了压电材料的玻纤／环氧圆柱壳的振动进行了主动控制实验。结果表明，压电自适应壳结构能对薄壳的振动进行有效抑制，同时使壳体噪声辐射得到显著衰减。     

发动机压电悬置隔振性能的仿真分析

从提高汽车的乘坐舒适性出发，设计了以发动机液力悬置为基础，带有压电作动器的主动式发动机悬置，并建立了它的力学模型，应用最小均方算法（LMS）对发动机的振动进行了主动控制的仿真分析。结果表明，液力压电悬置可以有效控制发动机的振动向车身地板的传递。     

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。     

基于压电致动的微流体主动控制阀的研究

介绍了一种采用圆盘形压电振子作为致动元件的微流体主动控制阀。通过圆盘形压电振子的变形改变其与圆环面边界间的过流间隙以实现微流体主动控制阀的开启、关闭及其程度,并建立了微流体主动控制阀的流量控制模型。在此基础上,对作用于圆盘形压电振子上的控制电压和进出口压差对微流体主动控制阀流量的控制特性进行了仿真与分析。研究结果表明,通过改变作用于压电振子上的控制电压可实现阀流量的连续控制,通过改变微流体主动控制阀的进出口压差也可在一定程度上控制阀流量。     

压电叠堆执行器迟滞建模与前馈补偿研究

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。     

小周期压电均匀化常数正则性分析与模拟

压电材料在传感器和半导体材料等领域的应用越来越普遍。运用均匀化和渐近展开分析方法,对具有小周期孔洞结构区域中的压电耦合问题分析了均匀化力学、介电常数的正则性。在理论研究中为对应材料的等效力学常数计算提供了理论依据,刻画了压电材料的等效物理行为,并对进一步得到高精度的数值模拟提供了算法依据。     

高压共轨压电喷油器迟滞控制研究

通过Matlab/Simulink建立了压电堆执行器迟滞补偿模型,由压电堆执行器无外载静态试验获得了基于Maxwell粘-滑模型的迟滞特性模型参数,将模型用于高压共轨压电喷油器控制.实验结果表明,采用建立的迟滞补偿模型,通过开环前馈控制,有效抑制了压电堆执行器的迟滞影响,喷油率上升和下降速率减缓,有利于降低燃烧噪声和减小"水击现象"对喷油量波动的影响.     

压电智能层合结构噪声主动控制的实验研究

根据噪声主动控制原理，建立了压电智能层合结构噪声主动控制模型，在隔声箱内部激励分别单频、多频情况下，进行了噪声控制实验研究。研究表明，在50～450Hz的频段内取得了良好的降噪效果，其中在80Hz的最大降噪达到26．4dB，且控制系统具有很好的稳定性。