[发明专利]基于分布式压电作动器振动主动控制电路优化结构及方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种基于分布式压电作动器振动主动控制电路的优化结构及方法，包括通过 该电路的应用显著提高压电作动器在振动主动控制的效果和效率，属于结构振动主动控制领 域。

二、背景技术

近几十年来，随着科学技术的发展和需要，飞行器、船舶等结构的振动条件日益复杂与 严酷，如何有效准确的进行结构振动主动控制成为众多文献关注的一个热点，其中，压电作 动器在结构振动主动控制领域的应用极大的鼓舞了主动振动控制研究者，相比于传统的激振 器与振动台，压电作动器体积小，重量轻，能够直接进行机电信号的转换，并且可大量分布 与集成，能够满足绝大部分结构材料的振动主动控制要求，但是对于复杂振动条件，比如高 马赫柔性结构体飞行过程中的受迫振动，压电作动器在控制效果与控制效率上仍不理想。

本发明拟用压电梁结构作为典型结构来解释基于分布式压电作动器的振动主动控制优化 电路的应用，但本发明同样适用于其他结构，特别是航空航天大型柔性结构体等。图1是众 多文献采用的典型的压电作动器控制示意图，其中，1梁；2作动片；3测量片；4、5电 阻；6运算放大器；7增益g_s；8增益g_a。

从图可见：

a、在梁1的下表面贴有一压电作动片2，上表面相应位置贴有同一尺寸的压电测量片3 经一大电阻4后接电阻5和运算放大器6构成压电应变传感器(压电片可做测量片与作动片)；

b、压电应变传感器输出电压u_s经微分放大器g_ss后与外激励电压u_e相减，经功放增益g_a后激励压电作动片构成闭环控制系统。

图2所示是压电作动器作动片分布的简易图，一般工程试验上采用的将会是许多压电作 动器集成的激励结构，由1，2，3...等多组压电作动器集合而成的振动激励系统，每组压电作 动器由上下对称的两片压电片构成。

三、发明内容

(1)目的：本发明的目的是提供一种基于分布式压电作动器振动主动控制电路优化结构 及方法，它能够方便地改变压电作动器的极向，克服了传统作动器无法激励复杂振动的困难， 是一种设计优化，可广泛应用于实践的分布式压电作动器主动控制的优化方法。

(2)技术方案：

1、见图3，一种基于分布式压电作动器振动主动控制电路优化结构，它由分布式压电作 动器1，2，3，4…10，，电路结构A、B和压电梁C组成，它们之间的位置连接关系是：分布 式压电作动器1，2，3，...10通过电线连接电路结构A、B与压电梁C；

所述分布式压电作动器1，2，3，...10，分别是由压电梁C上下表面两片压电作动片组成， 压电作动片由陶瓷压电材料制成，形状为矩形；

所述压电梁C是振动控制的对象，它通过上下表面粘贴的压电作动片进行振动控制；

所述电路结构A、B是电路优化结构的主要组成部分之一，它是由电路板，接插件组成的 能够通过调换插件进行电路变换并提供回路电压的装置，它通过改进变为电路箱结构，它通 过电线与压电作动片正负极连接共同组成基于分布式压电作动器振动主动控制优化结构；

其中附图中省略了功率放大器、电源等；并且根据需要可以增减压电作动器与相应回路 的数量，其中电路结构A、B可以引线出来如图3中所示与1，2，3……等分布式压电作动器 连接，并且可以通过旋钮等方式改变电路结构电压方向，如此分布式压电作动器1，2，3… 10、电路结构A，B与连接线等就构成了简易的基于分布式激励的主动控制优化电路结构加上 外接的(图中省略)的功率放大器、电源与SD仪器，能够对压电梁进行振动主动控制的优化。

其中，压电作动片的厚度不要超过0.3毫米，面积不要超过3平方厘米；

其中功率放大器，电路结构A、B等可以以满足功能为要求购买市场通用即可或自己制作。

2、根据压电作动片的压电效应，得知可以通过改变电压方向的方式来改变应力的方向， 那么在复杂振动过程中，为了进行更精确的主动振动模态控制，可以构建如图3所示振动主 动控制电路，其中省略了阻尼控制和放大环节：