本实用新型专利技术提出一种基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器，该结构由底座、单阶梯梁、压电传感单元、压电作动单元、信号放大电路和功率放大器组成。底座的下端固定于吸振对象，底座上端与单阶梯梁一端固定。压电传感单元和压电作动单元都粘贴在单阶梯梁表面，压电传感单元和压电作动单元的形状都为等腰三角形，而且它们高度相等，压电传感单元的电极连接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端连接功率放大器输入端，功率放大器输出端连接压电作动单元电极。本实用新型专利技术通过调整信号放大电路的增益即可调节悬臂梁的刚度，从而调节吸振器的频率。本实用新型专利技术不需要机械驱动装置，结构简单，工作稳定，频率调节便捷、快速。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于机械振动减振
，具体涉及的是一种基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器。
技术介绍
动力吸振器能有效抑制频率变化较小的设备振动，由于结构简单，价格相对低廉和易于实施，在机械工程、航空航天、交通运输领域的振动控制中得到了广泛应用，目前已成为控制振动的重要手段之一。当动力吸振器的固有频率等于外激励频率时，可以大幅降低被控结构的振动。动力吸振器一般可分为被动式和半主动式两大类。其中被动式动力吸振器只能用于控制特定某一频段的振动，其有效控制频段相对较窄。当外激励频率远离动力吸振器固有频率时，被动式动力吸振器就会失效。为了拓宽动力吸振器的控制频率范围，可以通过调节吸振器的刚度或者质量，使得吸振器的固有频率能随外激励频率的变化而变化，这种频率可调的动力吸振器被称为半主动吸振器。目前的半主动吸振器可分为手动式、机械式、电磁式和磁流变等。手动式吸振器通过人工方式调节质量块在悬臂梁上的位置，实现吸振器频率的调节(赵存生，李海峰，朱石坚，悬臂梁动力吸振器的理论分析与试验，噪声与振动控制，2015，35(4):175-178)。由于采用手动方式，所以实际使用中不太方便。机械式半主动吸振器一般通过步进电机调节质量块位置或者弹簧刚度，从而调节吸振器频率(徐振邦，龚兴龙，陈现敏，倪正超，机械自调谐式动力吸振器的研究，中国机械工程，2009，20(9)：1057-1062)。这类半主动吸振器需要机械驱动装置、结构相对复杂。电磁式半主动吸振器通过调节输入电流改变电磁刚度，从而实现吸振器频率的改变(石新宇，周徐斌，申军烽，黄俊杰，航天器电磁变频吸振器性能分析与测试，噪声与振动控制，2015，35(5)：60-64)；磁流变半主动吸振器通过调节输入电流改变磁流变弹性体的刚度，从而调节吸振器频率(李清云，解忠良，杨志荣，塔娜，饶柱石，磁流变弹性体动力吸振器的实验，噪声与振动控制，2015，35(4):138-142)。但是这两类吸振器存在电磁泄漏现象。针对上述半主动吸振器需要机械驱动装置、结构复杂、存在电磁泄漏现象等缺点，本技术提供一种结构简单、频率调节便捷的半主动吸振器。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种结构简单、频率调节便捷的压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器，其特征在于，由底座、单阶梯梁、压电传感单元、压电作动单元、信号放大电路和功率放大器组成。底座的下端固定于吸振对象，底座上端与单阶梯梁一端固定。压电传感单元和压电作动单元粘贴在单阶梯梁表面，压电传感单元的电极连接信号放大电路输入端，信号放大电路输出端连接功率放大器输入端，功率放大器输出端连接压电作动单元的电极，构成完整的回路。通过调节信号放大电路的增益，从而改变压电作动单元两端的电压，由于逆压电效应，压电陶瓷片两端的电压变化导致悬臂梁刚度发生变化，实现吸振器频率的调节。本技术所述的单阶梯梁的横截面为长方形。本技术所述的单阶梯梁通过焊接或者螺钉与底座相固定。本技术所述的压电传感单元可以是压电薄膜或是压电陶瓷构成。本技术所述的压电作动单元可以是单片压电陶瓷材料或是两片以上压电陶瓷材料层叠而成。本技术所述的压电传感单元和压电作动单元的形状都为等腰三角形，而且长度相等。本技术所述的压电传感单元和压电作动单元的底边都位于单阶梯梁与底座固定端。本技术所述的压电传感单元和压电作动单元可同时粘贴在阶梯梁上表面，也可同时粘贴在阶梯梁下表面，也可分别粘贴在阶梯梁的上表面和下表面。本技术所述的信号放大电路中增益可以调节。本技术的优势在于：本技术结构简单，不需要如何机械传动装置，只需要通过调节信号放大电路的增益即可调节吸振器的固有频率，所以本技术响应快速，可靠性高。附图说明图1为本技术所述的基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器的模型示意图。图2为本技术所述的基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器的虚拟支撑类比图。在图中，底座为(1)、单阶梯梁为(2)、压电传感单元为(3)、压电作动单元为(4)、信号放大电路为(5)和功率放大器为(6)。具体实施方式结合图1和2，下面结合附图举例对本技术做更加详细的描述：基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器，其特征在于，由底座(1)、单阶梯梁(2)、压电传感单元(3)、压电作动单元(4)、信号放大电路(5)和功率放大器(6)组成；底座(1)的下端固定于吸振对象，底座(1)上端与单阶梯梁(2)一端固定；压电传感单元(3)和压电作动单元(4)粘贴在单阶梯梁(2)表面，压电传感单元和压电作动单元的形状都为等腰三角形，而且长度相等；压电传感单元和压电作动单元的底边都位于单阶梯梁与底座固定端；压电传感单元(3)的电极连接信号放大电路(5)输入端，信号放大电路(5)输出端连接功率放大器(6)输入端，功率放大器(6)输出端连接压电作动单元(4)的电极，构成完整的回路。如图1所示。作为本技术的优选实施方式，所述底座上端与单阶梯梁阶梯之间的距离为单阶梯梁长度的80％-90％。作为本技术的优选实施方式，所述压电传感单元和压电作动单元的底边宽度为单阶梯梁宽度的40％-45％，所述压电传感单元和压电作动单元的长度为单阶梯梁长度的40％-50％，所述压电传感单元和压电作动单元的厚度在0.2mm-2mm之间。本技术的工作原理如下：所述动力吸振器固定于吸振对象上，由文献(MaoQ,PietzkoS.ControlofNoiseandStructuralVibration.London:Springer.2013)可知，压电传感单元的输出信号Q可表示为Q=h+hf2∫0LpF(x)·(e31∂2w(x)∂x2)dx---(1)]]>式中，h为压电传感单元所在子梁的厚度，hf为压电传感单元的厚度，e31为压电传感单元的压电系数。w(x)为梁在x点与被控结构之间的相对位移。F(x)为压电传感单元的形状函数。Lp为压电传感单元的长度。对式(1)进行两次分别积分，可得Q=h+hs2e31(F(x)∂w(x)∂x|0Lp-∫0xp∂F(x)∂x∂w(x)∂xd本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器，其特征在于，由底座（1）、单阶梯梁（2）、压电传感单元（3）、压电作动单元（4）、信号放大电路（5）和功率放大器（6）组成；底座（1）的下端固定于吸振对象，底座（1）上端与单阶梯梁（2）一端固定；压电传感单元（3）和压电作动单元（4）粘贴在单阶梯梁（2）表面，压电传感单元（3）的电极连接信号放大电路（5）输入端，信号放大电路（5）输出端连接功率放大器（6）输入端，功率放大器（6）输出端连接压电作动单元（4）的电极，构成完整的回路。
【技术特征摘要】
1.基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器，其特征在于，由底座（1）、单阶梯梁（2）、压电传感单元（3）、压电作动单元（4）、信号放大电路（5）和功率放大器（6）组成；底座（1）的下端固定于吸振对象，底座（1）上端与单阶梯梁（2）一端固定；压电传感单元（3）和压电作动单元（4）粘贴在单阶梯梁（2）表面，压电传感单元（3）的电极连接信号放大电路（5）输入端，信号放大电路（5）输出端连接功率放大器（6）输入端，功率放大器（6）输出端连接压电作动单元（4）的电极，构成完整的回路。
2.如权利要求书1所述的基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器，其特征在于，单阶梯梁（2）的横截面为长方形或正方形。
3.如权利要求书1所述的基于压电反馈控制的频率可调阶梯梁式动力吸振器，其特征在于，压电传感单元（3）是压电薄膜或是压电陶瓷构成。
4.如权利要求书1所述的基于压电反馈...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛崎波，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：江西;36
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