利用壓電材料的振動(dòng)能量收集及半主動(dòng)控制研究.pdf

1、振動(dòng)在自然界中普遍存在。但振動(dòng)通常對(duì)結(jié)構(gòu)是有害的，因此，對(duì)振動(dòng)進(jìn)行控制具有重要意義。但振動(dòng)控制中的主動(dòng)控制系統(tǒng)體積龐大、且耗能多等，而被動(dòng)控制環(huán)境適應(yīng)能力比較差，因而，半主動(dòng)控制在很多場(chǎng)合成為首選方案。本文將壓電半主動(dòng)控制與壓電能量收集技術(shù)相結(jié)合，在有效控制振動(dòng)的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)能量收集。
　　論文首先結(jié)合壓電材料的機(jī)電耦合特性，對(duì)非線性同步開關(guān)阻尼（SSD）的半主動(dòng)控制系統(tǒng)建立了理論模型。在此基礎(chǔ)上分析了SSD技術(shù)（包括SSDI

2、、SSDS、SSDV、改進(jìn)型SSDS）的工作原理，并推導(dǎo)出了各個(gè)控制方法在一個(gè)周期內(nèi)的機(jī)電轉(zhuǎn)換能量值的表達(dá)式。針對(duì)于該技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)-開關(guān)設(shè)計(jì)，本文采用了一種無源峰值檢測(cè)開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)其功能，并詳細(xì)推導(dǎo)了其與SSDI、SSDS技術(shù)相結(jié)合時(shí)可以實(shí)現(xiàn)不同的閉合時(shí)間。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)的方法確定了該半主動(dòng)控制系統(tǒng)中SSDV技術(shù)的最優(yōu)外接電壓；其次，對(duì)半主動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行了改進(jìn)，將壓電元件在振動(dòng)過程中產(chǎn)生的電荷輸出或存儲(chǔ)。從理論上分析了其工

3、作原理，詳細(xì)推導(dǎo)了其輸出電壓和輸出功率；最后，本文還將能量收集技術(shù)與SSDV半主動(dòng)控制相結(jié)合，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓電路，通過一定的開關(guān)控制策略，為SSDV半主動(dòng)控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的2.5v直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)能量自供給。
　　半主動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)本文中所采用的無源開關(guān)控制電路功耗極低，可以實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制系統(tǒng)的能量自供給。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)SSDS、改進(jìn)型SSDS、SSDI及SSDV的抑振效果逐漸增強(qiáng)，與理論推導(dǎo)