西安交通大学：《智能结构与振动控制》课程教学课件（讲稿）第6章 压电振动控制技术

西安交通大学xi'an jiao tong university第6章压电振动控制技术1.压电陶瓷的被动阻尼2.主动悬臂梁3.主动桁架结构4.压电壳结构5.压电有限元分析方法航天航空学院

2 第6章 压电振动控制技术 1. 压电陶瓷的被动阻尼 2. 主动悬臂梁 3. 主动桁架结构 4. 压电壳结构 5. 压电有限元分析方法

西安交通大学1.压电陶瓷的被动阻尼xi'an jiao tong university机械振动能换能器压电结构电能储存电路消耗3航天航空学院

3 1. 压电陶瓷的被动阻尼 机械振动能 压电结构 电路消耗 电能 储存 换能器

西安交通大学1.压电陶瓷的被动阻尼xi'an jiao tong university（1）共振方式ElectricchargegeneratorR压电结构可以等效为一个电压源或电流/电荷源。共振状态：电流频率与压电材料及结构的机械振动频率一致。piezoelectric此时有最大电能输出material1压电材料的电容值：Wi=WLC:VLCfrom0.luFto10uF为使得共振，需要非常大的电感L，而实际工程中一般没有如此大的电感元件，需通过等效电感电路实现航天航空学院

4 1. 压电陶瓷的被动阻尼 （1）共振方式 压电结构可以等效为一个 电压源或电流/电荷源。 共振状态：电流频率与压 电材料及结构的机械振动 频率一致。 此时有最大电能输出。 压电材料的电容值： 为使得共振，需要非常大的电感L，而实际工程中一 般没有如此大的电感元件，需通过等效电感电路实现

西安交通大学1.压电陶瓷的被动阻尼xi'anjiaotonguniversity（2）分支电路利用等效电路实现负电阻/负电感/负电容等，使电路中的电流尽可能大，从而达到电路的最大能量消耗压电结构负阻抗分支电路P=iR5航天航空学院

5 1. 压电陶瓷的被动阻尼 （2）分支电路 利用等效电路实现负电阻/负电感/ 负电容等，使电路中 的电流尽可能大，从而达到电路的最大能量消耗。 压电结构 负阻抗分支电路 i P=i2R

西安交通大学1.压电陶瓷的被动阻尼xi'an jiao tong university(3)频率比影响5 (%)利用等效电路实现负电阻/负电感/负电容等，使电路中的电流1.5尽可能大，从而达到电路的最1.0大能量消耗。0.5LC0.90.951.0511.10,/共振时达到最佳阻尼效果；频率比的细小误差将会显著影响被动阻尼因子；/相比较，效率远低于主动方式，应用场合较少，但可靠！6航天航空学院

6 1. 压电陶瓷的被动阻尼 （3）频率比影响 利用等效电路实现负电阻/负电 感/ 负电容等，使电路中的电流 尽可能大，从而达到电路的最 大能量消耗。  共振时达到最佳阻尼效果；  频率比的细小误差将会显著影响被动阻尼因子；  相比较，效率远低于主动方式，应用场合较少，但可靠！

西安交通大学2.主动悬臂梁xi'an jiao tong university(1)模型介绍SensorActuatorMMabF.E,model航天航空学院

7 2. 主动悬臂梁 （1）模型介绍

西安交通大学2.主动悬臂梁xi'an jiaotonguniversity（2）控制系统分析已知：M,=-E,d31VbphM=gaV9.为常数，由压电材料和结构参数确定。写成载荷失量的通用形式：f=bM平动方向b为作动器的位置失量：6T = (.,0, 1,0,1,..):?转角方向8航天航空学院

8 2. 主动悬臂梁 （2）控制系统分析 已知： ga为常数，由压电材料和结构参数确定。 写成载荷矢量的通用形式： b为作动器的位置矢量： 转角方向 平动方向

西安交通大学2.主动悬臂梁xi'an jiao tong university将载荷转为模态力，即T f =TbM = gioTby = gaV AggTb = A0g表示作动器两端节点在第阶模态坐标下的相对转角相似地，有传感器用压电片的输出电压方程：Vo = gs49° = gs zid0g（模态叠加法）△’为第阶模态下的相对转角，考虑同位置粘贴，以及Euler梁理论（应力应变分布相同），有：00=0009航天航空学院

9 2. 主动悬臂梁 将载荷转为模态力，即 表示作动器两端节点在第i阶模态坐 标下的相对转角 相似地，有传感器用压电片的输出电压方程： 为第i阶模态下的相对转角，考虑同位置粘贴，以 及Euler梁理论（应力应变分布相同），有： （模态叠加法）

西安交通大学2.主动悬臂梁xi'an jiaotong university结合梁的动力学模态方程：piTG(w)=[-w?M +jwC+K]-1 =pi(w?-w2+2jsiwiw)可得两个压电片之间的电压信号的频响函数为：nAo?VoZ=G(w)=9agsVμi(w-w2+2jtiwiw)1=1进而，可以结合现代控制理论进行零极点的判断，去分析控制系统的稳定性，还可以嵌入反馈控制率，开展控制性能分析。10航天航空学院

10 2. 主动悬臂梁 结合梁的动力学模态方程： 可得两个压电片之间的电压信号的频响函数为： 进而，可以结合现代控制理论进行零极点的判断，去 分析控制系统的稳定性，还可以嵌入反馈控制率，开 展控制性能分析

西安交通大学3.主动架结构xi'an jiao tong university(1)模型介绍P, = K,8,yActivemember1012162018614x35791113151719P2P2=K8,8Detail of anactivememberForcePiezoelectrictransducerlinearactuator11航天航空学院

11 3. 主动桁架结构 （1）模型介绍