振蕩式能量收集器建模與優(yōu)化.pdf

1、隨著信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，分布式無線傳感器網(wǎng)絡對能源供給模塊提出了更高的要求。目前國內(nèi)外對傳感器網(wǎng)絡中能源供給模塊的研究主要集中在靜電、電磁和壓電式能量收集器系統(tǒng)獨立構(gòu)建與優(yōu)化，鮮有復合式集成系統(tǒng)的建模與優(yōu)化。本文針對密封機械振蕩環(huán)境中對無線、無源傳感器能量收集器的需求，采用有限元仿真技術(shù)設計并優(yōu)化了電磁和壓電相結(jié)合的復合式振蕩能量收集器的數(shù)學模型。
　　首先針對復合式振蕩能量收集器建模問題，通過分析經(jīng)典能量收集器物理

2、參數(shù)對時域的響應得到復合式能量收集器機械特性;然后為經(jīng)典能量收集器添加靜電驅(qū)動項，通過相平面和穩(wěn)定性分析得到復合式能量收集器有外加電壓輸入下的系統(tǒng)特征和系統(tǒng)穩(wěn)定參數(shù)范圍;在此基礎(chǔ)上通過添加電磁耦合項得到在特定幾何參數(shù)下出現(xiàn)不穩(wěn)定稠密極限環(huán)和混沌的復合式振蕩能量收集器共振狀態(tài)，最后設計了一種PID鎮(zhèn)定控制器保證復合式振蕩能量收集器模型產(chǎn)生穩(wěn)定良好的軌跡追蹤。
　　對于復合式振蕩能量收集器的物理底層——電磁式能量收集器，通過設計彈性臂

3、拾振系統(tǒng)得到了在低頻頻帶中垂直于Z軸振動線圈的第一階諧振模態(tài)，在N35永磁鐵材料下設計并仿真出一種雙層3塊600微米間隙Halbach磁鐵陣列的優(yōu)化結(jié)構(gòu)保證為線圈提供最大的電磁能量;將電磁式能量收集器線圈等效為電路模型后通過機電參數(shù)分析給出線圈選取優(yōu)化建議。
　　對于復合式振蕩能量收集器的物理上層——壓電式能量收集器，以歐拉-伯努利方程前三階固有共振頻率為輸入?yún)?shù)，取代阻尼板因收縮引起的能量獲取減弱;為保證工作環(huán)境中的壓電層的機電