□孫 虎

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710300)

智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制成本經(jīng)濟(jì)的分析

□孫 虎

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710300)

具有工程功能的裝配稱為結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)具有智能、效率、適應(yīng)性、準(zhǔn)確響應(yīng)和最佳性能被稱為智能結(jié)構(gòu)。而且，由于這些優(yōu)點(diǎn)，智能結(jié)構(gòu)被用于航空航天工程、微電子產(chǎn)品、精密定位和自動(dòng)化工業(yè)等許多高端應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)的主動(dòng)振動(dòng)控制是極其重要的。

主動(dòng)振動(dòng)控制；壓電；智能結(jié)構(gòu)

任何具有特定工程功能的結(jié)構(gòu)必須是智能、高效和智能的。它必須有能力以預(yù)先設(shè)計(jì)和科學(xué)的方式自適應(yīng)地應(yīng)對(duì)環(huán)境條件的變化，以及其自身?xiàng)l件的任何變化。除此之外，它還必須具有最佳性能。展示所有這些特征的結(jié)構(gòu)被稱為智能結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的操作具有四個(gè)基本部件“傳感器”、“致動(dòng)器”、“控制機(jī)構(gòu)”和“及時(shí)響應(yīng)”。因此，智能結(jié)構(gòu)的具體定義可以作為“一個(gè)系統(tǒng)，內(nèi)置或內(nèi)在傳感器、致動(dòng)器和控制機(jī)制，使它能夠感知刺激，在短/適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)以預(yù)定的方式對(duì)其作出反應(yīng)，以便在刺激消除后盡快恢復(fù)到原始狀態(tài)。這些特性使得智能結(jié)構(gòu)非常適合于從微電子產(chǎn)品到諸如航空航天工程等大型應(yīng)用的廣泛應(yīng)用。針對(duì)這種嚴(yán)重的性能智能結(jié)構(gòu)，考慮了主動(dòng)控制策略，涉及板形控制和振動(dòng)控制。在振動(dòng)控制中，抑制外部干擾的影響，以保持結(jié)構(gòu)在其平衡位置，而形狀控制使結(jié)構(gòu)變形為期望的形狀，位置并保持結(jié)構(gòu)在適當(dāng)?shù)男螤?。由于系統(tǒng)中的機(jī)械振動(dòng)共振產(chǎn)生有害的影響，抑制這種振動(dòng)是非常關(guān)鍵的，許多控制機(jī)構(gòu)也是為相同的。v .k. wadhvan.解釋智能結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)及其應(yīng)用。Neda闡述了柔性結(jié)構(gòu)的最優(yōu)主動(dòng)控制，涉及板形控制和振動(dòng)控制策略。Hamed Mohammadi and Sallehuddin Mohamed Haris討論了壓電片的懸臂梁的振動(dòng)控制分析。Martin研究了一種圓鋸片的壓電分流阻尼在降噪中的應(yīng)用。在本應(yīng)用程序中，作者使用了自主電源，其中電子設(shè)備所需的能量來自發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，因此不需要改變機(jī)器工具。此外，Melin等人提出了智能結(jié)構(gòu)在主動(dòng)振動(dòng)控制中的一些應(yīng)用。壓電材料具有可逆性，適合作為傳感器和作動(dòng)器使用。這種稱為自感測技術(shù)也可以用于抑制振動(dòng)，Kenta解釋了這一現(xiàn)象。

在恢復(fù)力的存在下，系統(tǒng)的質(zhì)量變得興奮，并受到其靜止或平衡位置的擾動(dòng)，從而引發(fā)振動(dòng)。對(duì)于振動(dòng)系統(tǒng)的建模，考慮了四種類型的力。它們是慣性力、彈力、阻尼力、總外力。一般來說，傳統(tǒng)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過度，以滿足安全要求。但理想的是，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該被動(dòng)地工作，并自適應(yīng)地應(yīng)對(duì)危機(jī)。此外，實(shí)際上，由于過度設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生了更高的成本。因此，智能配置將是在正常情況下處理正常負(fù)載，并激活適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)系統(tǒng)來解決異常負(fù)載。本文研究了主動(dòng)控制策略的實(shí)現(xiàn)，特別是主動(dòng)振動(dòng)控制。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

在這里考慮的智能結(jié)構(gòu)，是一個(gè)有限和扁平的梁狀纖維懸臂梁結(jié)構(gòu)，其表面附著的PZT貼片。為了分析結(jié)構(gòu)對(duì)受迫振動(dòng)振子的響應(yīng)，連接到一個(gè)結(jié)構(gòu)上。一個(gè)簡單的函數(shù)發(fā)生器用于產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。進(jìn)一步的PZT貼片被用作振動(dòng)傳感器、結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳感器和作為致動(dòng)器，振動(dòng)傳感器在一個(gè)振動(dòng)器附近受到振動(dòng)，以感覺結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。它感覺到在光束中的振動(dòng)，傳感器的輸出電壓信號(hào)通過控制器發(fā)送到執(zhí)行器。發(fā)送給執(zhí)行器的信號(hào)抵消了梁的運(yùn)動(dòng)，并抑制其振動(dòng)。中間傳感器感知結(jié)構(gòu)中的整體振動(dòng)。

2 控制器設(shè)計(jì)

2.1 振動(dòng)傳感器的設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中，通過振動(dòng)傳感電路，檢測出基本的30 mm壓電盤的輸出，如國家儀表電路設(shè)計(jì)套裝Multisim14.0所示，用于模擬設(shè)計(jì)電路。

2.2 逆變電路的設(shè)計(jì)

電路的輸出直接反饋到作為致動(dòng)器工作的PZT膜片。當(dāng)PZT執(zhí)行器通過與振動(dòng)傳感器波形的完全相反的波形激勵(lì)時(shí)，兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)是由于強(qiáng)迫振動(dòng)，另一個(gè)是來自執(zhí)行器的信號(hào)被添加。如果兩個(gè)波形都有相同的幅度，但有180度的相位，它們的矢量疊加結(jié)果進(jìn)入零幅和頻率的波形。因此，在智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中存在的基本機(jī)械振動(dòng)被抑制。這種非常明顯的現(xiàn)象可以通過位于振動(dòng)傳感器和執(zhí)行器中間的結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳感器來感知。

結(jié)束語

本文提出了一種采用主動(dòng)控制策略的振動(dòng)抑制方法。壓電片具有高分辨率、高帶寬、快速響應(yīng)、大的力產(chǎn)生和可逆性的特性。所有這些優(yōu)點(diǎn)使它們高效，以便用作智能結(jié)構(gòu)的傳感器和執(zhí)行器。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在智能結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)可以通過施加給執(zhí)行器一個(gè)與感測的波形相脫離的波形來減少。此外，還討論了振子與激振器之間的距離與振動(dòng)幅度的關(guān)系。據(jù)觀察，振動(dòng)器和執(zhí)行器之間的距離與振動(dòng)的振幅成正比。

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1004-7026（2017）22-0103-01

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