一种准独立模态作动器制造技术

本实用新型专利技术一种应用于压电结构的准独立模态压电作动器，它是由作动片2，增益ga13，作动片4，增益ga25，作动片6，增益ga37，作动片8，增益ga49组成。它们的连接关系是：在薄板1的下表面贴有4个作动片即作动片2，作动片4，作动片6，作动片8，它们分别与各自的增益环节即增益ga13，增益ga25，增益ga37，增益ga49相连构成4条并列的支路(这样的支路根据具体情况可推广至n个)，这4条并列的支路一起构成一个组合式压电作动器即准独立模态压电作动器。它克服了原有的理论模型在现实应用中的困难，是一种设计优化，可用于实践的准独立模态控制作动器。它在结构振动主动控制领域内具有实用价值和应用前景。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种作动器，尤其是涉及基于准独立模态控制方法的一种准独立 模态作动器，属于结构振动主动控制领域。
技术介绍
对于一个多自由度特别是⑴自由度的连续结构的振动控制，“溢出”问题是令人头 疼是拦路虎，成为众多文献关注的一个主题。其中，从理论上说，最吸引人的解决办法要数 “独立模态控制”技术。它基于结构振动模态理论，首先把结构传感器响应变换到模态坐标 域中，在其中按一个一个单自由度系统设计控制器和优化模态广义力，最后再反变换到物 理坐标由作动器驱动结构，完成无溢出的闭环控制。这种策略的基础是要有大量的分布式 的传感器和作动器，因此，多年来只能当作一种理想模型来欣赏——仿真试验或讨论。但 是，近二十年来，随着重量轻、价格低，可大量分布的压电传感器和作动器的崛起，使它变得 比较现实了，它的理论和实践价值日益受到人们的重视。独立模态控制理论的核心是模态传感器和作动器的组建和实施。分布式的压电片 实际上可以看成是有⑴多个传感器和作动器，并且还有一定的“运算”功能，这恰恰迎合了 组建模态传感器和作动器的需要，这就是近年来不少文献热衷于压电片剪裁的独立模态控 制的原由。本技术中用压电梁作为典型结构来解释独立模态控制理论的原理以及本实 用新型在压电结构振动控制中的应用，但该技术也适用于其他结构，特别如航空航天 产品之类的大型柔性结构。图1是众多文献采用的典型的压电片裁剪独立模态控制示意图(单模态)，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；b、压电应变传感器输出电压Us经微分放大器gss7’后与外激励电压Ue相减，经比 例放大器ga8’后激励压电作动片构成闭环控制系统。压电剪裁独立模态控制的现实性和局限性(1)多模态控制要贴多层压电片，显然不那么现实可行。(2)非均勻梁结构例如变截面的，有刚度突变的，带有集中质量的等等，裁剪条 件将变得非常复杂甚至没有可行的解。对于其它复杂结构，首先没有应变振型(如梁的 ΦΓΧΧ(χ))的解析解，用有限元法等求解，误差将较大；其次，或许更为重要的是，即使对于简 单的弹性薄板，压电片的厚度或压电常数要随板的坐标X，y而变，这显然是很不现实的。更 有甚者，似乎也很难找到关于应变模态Φ/Χ(χ，γ) + Φ/γ(χ, y)的正交函数系。(3)关于适应性首先，如果结构特性特别是固有振型在运行中有所变化，已裁剪好的压电传感器 和作动器将偏离独立模态控制条件，从而有可能使整个控制失效。另外，“硬化”的独立模态传感器和作动器也在很大程度上限制了智能传感和作动器与现代自适应控制技术相结合 的深远潜力。
技术实现思路
1、目的本技术的目的是提供一种准独立模态作动器，它克服了原有的理论 模型在现实应用中的困难，是一种设计优化，可用于实践的准独立模态控制作动器。2、技术方案本技术是通过以下技术方案实现的见图2所示本技术一种准独立模态作动器，它是由作动片2、增益gal3、作动片4、增益 ga25、作动片6、增益ga37、作动片8和增益ga49组成。所述作动片2、4、6、8，就是压电片；所述增益gal3、ga25、ga37、ga49，就是功率放大器。它们的连接关系如下在薄板1的下表面贴有4个作动片即作动片2、作动片4、作动片6和作动片8，它 们分别与各自的增益环节即增益gal3、增益ga25、增益ga37和增益ga49相连构成4条并列的 支路(这样的支路根据具体情况可推广至η个)，这4条并列的支路一起构成一个组合式压 电作动器。其中，作动片2、作动片4、作动片6和作动片8，其厚度不超过0. 3毫米，面积不超 过3平方厘米；其中，增益gal3、增益ga25、增益ga37和增益ga49，其型号为PA107DP的功率放大器。这是由多个增益和对应的作动片一起构成的一种组合式压电作动器_即一种 准独立模态作动器。3、优点及效果由于采用上述技术方案，本技术克服了原有的理论模型(如 基于压电片选位的理想模态作动器)在现实应用中的困难，是一种设计优化，可用于实践 的准独立模态控制作动器，可达到一批压电片控制多个模态的目的。附图说明图1应用于压电片裁剪独立模态控制(单模态)中的压电裁剪模态作动器图2应用于压电结构准独立模态控制中的准独立模态作动器图中符号说明如下1’、梁，2’、作动片，3’、测量片，4’、大电阻R，5’、电阻Rf，6’、运算放大器，7’、微分 放大器gss，8’、比例放大器ga；1、薄板，2、作动片，3、增益gal，4、作动片，5、增益ga2，6、作动片，7、增益ga3，8、作动 片，9、增益ga4。具体实施方式见图2所示，本技术，用于压电结构振动主动控制中的一种准独立模态作动器，它是由作 动片2、增益gal3、作动片4、增益ga25、作动片6、增益ga37、作动片8和增益ga49组成。所述作动片2、4、6、8，就是压电片；所述增益gal3、ga25、ga37、ga49，就是功率放大器。它们的连接关系如下4在薄板1的下表面贴有4个作动片(作动片2、作动片4、作动片6和作动片8)，它 们分别与各自的增益环节(增益gal3、增益ga25、增益ga37和增益ga49)相连构成4条并列 的支路(这样的支路根据具体情况可推广至η个)，这4条并列的支路一起构成一个组合式 压电作动器_准独立模态作动器。其中，作动片2、作动片4、作动片6和作动片8，其厚度为0. 25毫米，面积为2. 8平 方厘米的压电片；其中，增益gal3、增益ga25、增益ga37和增益ga49是功率放大器，其型号是PA107DP。下面叙述这种准独立模态作动器的获得提出一种由多个有限尺寸压电片传感器的“软化”组合和优化来逼近理想模态传 感器的策略，见图2。在板上贴有m个压电应变率传感器，各个输出为Usi (i = 1，2···πι)，它们 经过各增益gsi后求和构成一个组合式压电应变率传感器，总输出为us，随后去激励由η个 增益gaj(j = 1，2…η)——压电作动片一起构成的组合式压电作动器。通常，振动控制的目 标是那些低频模态，因此在组合式传感器后串接一个低通滤波器(设为理想低通滤波器)， 把高频模态的响应基本滤去。这相当于大大地减少了压电结构的自由度，从而使理想模态 滤波器条件 等变为比较接近现实可行。为简便计，不失一般性，在方程 中把系数取为1，有 这样对于压电作动器有 其中 如果我们能选到η个压电作动片的区域Ω aJ和相应的使得 方程(5-4)成为 {~QlUs(S) 上述公式中的符号说明如下灼表示薄板的第r阶压电模态，03表示压电作动片 遍及的结构区域，Or表示薄板的第r阶模态向量，ca表示一常数，L表示感兴趣的模态号， x、y表示压电薄板上点的坐标，s表示复频域，fr表示的第r阶模态广义力，frJ表示第j个 压电作动片提供的模态广义力，表示第j个压电作动片遍及的结构区域，ua表示第j个 压电作动片的输入电压，表示与第j个压电作动片相应的增益，j表示压电作动片的序 号，Qr为一个表示符号，无具体含义，其计算公式为(5-5)。这一组合式压电作动器成为板的第L阶模态作动器，图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准独立模态压电作动器，其特征在于：它是由作动片（２）、增益ｇ↓［ａ１］（３）、作动片（４）、增益ｇ↓［ａ２］（５）、作动片（６）、增益ｇ↓［ａ３］（７）、作动片（８）和增益ｇ↓［ａ４］（９）组成；　　所述作动片（２）、（４）、（６）和（８），就是压电片；所述增益ｇ↓［ａ１］（３）、ｇ↓［ａ２］（５）、ｇ↓［ａ３］（７）和ｇ↓［ａ４］（９），就是功率放大器；　　它们之间的连接关系是：在薄板１的下表面贴有４个作动片即作动片（２）、作动片（４）、作动片（６）和作动片（８），它们分别与各自的增益环节即增益ｇ↓［ａ１］（３）、增益ｇ↓［ａ２］（５）、增益ｇ↓［ａ３］（７）、增益ｇ↓［ａ４］（９）相连而构成４条并列的支路，这４条并列的支路一起构成一个组合式压电作动器即准独立模态作动器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚军，李晓钢，吴雁飞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11