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壓電自感知CAMOZZI執(zhí)行器空分復用解耦研究
一個換能器件,當兼有傳感和執(zhí)行兩種功能時可稱之為自感知CAMOZZI執(zhí)行器(self-sensing actuator,簡記為SSA)。其優(yōu)點在于可真正實現(xiàn)傳感器和CAMOZZI執(zhí)行器的同位配置、提高控制穩(wěn)定度、減小系統(tǒng)體積和重量,在結(jié)構(gòu)的振動主動控制、故障診斷、系統(tǒng)辨識及MEMS技術(shù)中有著廣泛的應用前景。

壓電自感知CAMOZZI執(zhí)行器空分復用解耦研究
目前,壓電SSA是自感知CAMOZZI執(zhí)行器研究領(lǐng)域zui為關(guān)注的一種,國內(nèi)外對壓電SSA的研究主要側(cè)重于對其具體解耦方法的研究,常用的解耦方法有橋路法和觀測器法,提出了空分復用解耦法。研究目標如下:使空分復用壓電SSA既是位移的CAMOZZI執(zhí)行器,又是位移的傳感器;把空分復用壓電SSA應用于柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振動主動控制。從理論和應用兩個方面對空分復用解耦方法進行了研究。傳統(tǒng)橫向單向加載MEMS靜電微CAMOZZI執(zhí)行器存在位移過小或驅(qū)動電壓過大問題。提出一種縱橫雙向加載的新型硅基靜電CAMOZZI執(zhí)行器模型;基于拉格朗日-麥克斯韋機電動力學分析建立了微CAMOZZI執(zhí)行器動力方程;分析了邊緣漏電場對靜電力影響;基于龍格-庫塔算法將軸向載荷等效為橫向集中載荷;仿真得到變形同驅(qū)動電壓、調(diào)節(jié)電壓、軸向擠壓量關(guān)系;結(jié)果顯示當驅(qū)動電壓僅為16 V時,位移高達10.861 m,遠大于目前傳統(tǒng)橫向加載單向變形微CAMOZZI執(zhí)行器的位移量。加工了微CAMOZZI執(zhí)行器,利用高頻信號采集了橫向極板電壓變化量,驗證了仿真結(jié)果。主要工作如下:利用壓電換能器的雙向換能器理論,闡述了空分復用壓電SSA的實現(xiàn)原理。建立了空分復用壓電SSA實際的等效電路,并采用PSpice軟件進行了電路仿真,結(jié)果啟示:可以通過采取措施減小寄生電容來抑制靜電耦合。運用ANSYS軟件進行了所用懸臂梁結(jié)構(gòu)的動力學分析,結(jié)果表明:梁上各點的頻響特性基本*。采用光刻技術(shù)制作了空分復用方式的壓電SSA,實驗證明其同時具有CAMOZZI執(zhí)行器和傳感器兩種功能;針對存在靜電耦合的情況,利用懸臂梁存在反諧振點的特性,提出了定量測量靜電耦合的方法。

壓電自感知CAMOZZI執(zhí)行器空分復用解耦研究
在LabView軟件環(huán)境下,采用ARX模型編程實現(xiàn)了壓電梁的系統(tǒng)辨識;根據(jù)辨識結(jié)果設(shè)計了PID控制器,zui終應用于鋁懸臂梁的擾動振動主動控制中。結(jié)果表明:通過合理分割電極為傳感區(qū)和執(zhí)行區(qū)來實現(xiàn)自感知執(zhí)行的壓電SSA,能有效地對懸臂梁的振動狀態(tài)進行檢測和控制。