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Aigtek高壓放大器在壓電疊堆主動隔振實驗中的應用

時間:2025/4/10閱讀:110
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  實驗名稱:主動隔振實驗

  研究方向:研制了一款基于壓電疊堆作動器的主動隔振器,并對其進行了豎向維度正弦激勵的主動隔振性能試驗。主要研究內容為:(1)研制了一款基于壓電疊堆的主動隔振器,采用加速度傳感器作為傳感器件,并搭建了主動隔振系統(tǒng)試驗平臺;(2)分別對鋼梁及平板結構進行模態(tài)測試試驗,驗證有限元模型的真實性及可靠性;(3)MCS控制算法作為主動隔振系統(tǒng)的控制策略,進行壓電疊堆主動隔振試驗研究,結合數(shù)據(jù)處理軟件對采集到的振動響應進行分析,對比有無壓電疊堆隔振器時的振動衰減性能,驗證隔振器的隔振效果,并歸納試驗過程中出現(xiàn)的問題

  測試設備:高壓放大器、信號發(fā)生器、功率放大器、激振器、加速度傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、dSPACE、壓電作動器及隔振平臺等。

  實驗過程:


主動隔振控制試驗原理圖


  圖1:主動隔振控制試驗原理圖

  上圖圖1為本試驗系統(tǒng)圖,其主要工作過程為:信號源產生激勵信號,通過功率放大器放大輸入至激振器;激振器對鋼梁結構施加周期性變化的力,使結構產生振動。鋼梁產生的振動用以模擬環(huán)境干擾,振動變化頻率就是隔振平臺受到的干擾的頻率。加速度傳感器測得鋼梁及隔振平臺上的振動加速度,經(jīng)過電荷放大器后作為反饋信號送入控制系統(tǒng);信號經(jīng)過A/D轉換輸入dSPACE信號采集板塊,通過MATLAB/Simulink編譯的控制程序計算得到低壓控制信號,經(jīng)D/A轉化后輸入到高壓功放,經(jīng)放大后施加到壓電作動器上,控制壓電作動器產生相應的驅動力來抑制隔振平臺產生的振動,進而達到隔振的目的。

  實驗結果:


10~100Hz簡諧激勵工況下的加速度時程曲線


  圖2:10~100Hz簡諧激勵工況下的加速度時程曲線

  圖2給出10~100Hz簡諧激勵工況下的加速度時程曲線,圖中包括無控加速度響應及MCS控制的加速度響應。為了分析控制效果及變化趨勢,將無控時、橡膠隔振時以及MCS控制時的加速度峰值均方根作比,并對應作加速度趨勢圖3(a),并將加速度換作振級進行作圖3(b)。


目標位置加速度幅頻曲線


  圖3:目標位置加速度幅頻曲線

  分析安裝三種隔振裝置的振動響應可得,橡膠隔振墊片在10~100Hz頻段無法實現(xiàn)隔振,甚至在接近梁板結構20Hz、50Hz及70Hz的固有頻率處加速度響應產生明顯放大,簡單的被動隔振在低頻段失效。MCS控制對該頻段隔振效果較為明顯,最大可衰減22.0%的振動響應。

  當外部干擾激勵為20Hz時,無控時的加速度幅值均方根為1.36m/s2,MCS控制后加速度幅值均方根減少至1.14m/s2,振幅減少16.1%;當外部干擾激勵為50Hz時,無控時的加速度幅值均方根為3.97m/s2,MCS控制后加速度幅值均方根減少至3.09m/s2,振幅減少22.0%;當外部干擾激勵為70Hz時,無控時的加速度幅值均方根為8.42m/s2,MCS控制后加速度幅值均方根減少至6.91m/s2,振幅減少18.9%。而在其余頻段采用MCS控制后加速度幅值可衰減至10%~15%,證明在外部激勵作用下,采用MCS控制實現(xiàn)梁板結構加速度的有效減小。


白噪聲激勵工況下的加速度時程曲線


  圖4:白噪聲激勵工況下的加速度時程曲線

  圖4給出在白噪聲激勵下的無控及MCS控制時的加速度響應時程曲線。由于隨機白噪聲信號容易激起梁板結構模態(tài)響應,采用MCS控制后加速度響應明顯衰減約30%,起到明顯的振動控制效果。

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  圖:ATA-2168高壓放大器指標參數(shù)

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