大型柔性天線展開臂結(jié)構(gòu)由于其尺寸大,阻尼和剛度小,其振動(dòng)呈現(xiàn)明顯的低頻特性,且很難在短時(shí)間內(nèi)迅速衰減,從而影響天線工作性能。傳統(tǒng)的被動(dòng)控制大都采用阻尼材料,通過增加阻尼的方法來進(jìn)行控制,這種控制方法對低頻柔性結(jié)構(gòu)的控制效果是有限的。因此研究帶負(fù)載的復(fù)合材料柔性展開臂結(jié)構(gòu)的振動(dòng)抑制問題,提出用壓電元件粘貼在展開臂結(jié)構(gòu)表面作為傳感器和驅(qū)動(dòng)器,用基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的自適應(yīng)半主動(dòng)振動(dòng)控制方法控制壓電驅(qū)動(dòng)器,從而對展開臂結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制。完成了展開臂模型的建立和仿真分析,建立了展開臂結(jié)構(gòu)的開關(guān)阻尼半主動(dòng)控制試驗(yàn)平臺,設(shè)計(jì)并制作了控制電路,針對需要控制的結(jié)構(gòu)一階彎曲模態(tài)進(jìn)行壓電元件的合理布設(shè)。對不同激勵(lì)下的振動(dòng)進(jìn)行了展開臂結(jié)構(gòu)的控制試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果顯示該方法對帶負(fù)載柔性天線展開臂結(jié)構(gòu)的振動(dòng)具有良好的抑制效果,對于初始位移為100 mm的瞬態(tài)激勵(lì)振動(dòng)工況,受控系統(tǒng)等效阻尼比由0.6%增加至4.03%;對于穩(wěn)態(tài)振幅為50 mm的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)工況,系統(tǒng)控制后結(jié)構(gòu)端部振動(dòng)幅值降低至10 mm,穩(wěn)態(tài)振動(dòng)幅值降低了16.843 dB。在大型柔性結(jié)構(gòu)中具有非常好的應(yīng)用前景。 

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2020,56(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

機(jī)電模型的示意圖

電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)SSDI是在壓電元件的兩極串聯(lián)電感和開關(guān)，構(gòu)成振蕩控制電路，如圖2所示，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的位移達(dá)到極值時(shí)閉合開關(guān)，此時(shí)電路發(fā)生振蕩。當(dāng)壓電元件的電壓實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)時(shí)，也即共振半個(gè)周期，迅速斷開開關(guān)。通過控制開關(guān)的閉合與斷開，使得壓電元件上的電壓所產(chǎn)生的控制力始終與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的速度方向相反，即產(chǎn)生的作動(dòng)力始終阻礙結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，從而達(dá)到了振動(dòng)控制的目的。1.3 基于外加電壓源的同步開關(guān)阻尼技術(shù)SSDV

如圖3所示，在壓電元件回路中串聯(lián)一個(gè)極性相反的電壓源組，以此來補(bǔ)充由于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)消耗壓電電容存儲(chǔ)的那部分能量。由于外加電壓源Vcc的作用，增加了壓電元件上的電壓，從而增強(qiáng)了控制阻尼效果。SSDV位移和電壓曲線如圖4所示，當(dāng)壓電元件的位移達(dá)到最大值時(shí)，使開關(guān)閉合，此時(shí)電路中的LC振蕩器將發(fā)生諧振，當(dāng)此諧振運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷半個(gè)周期ti時(shí)，迅速斷開開關(guān)，壓電元件上的電壓將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在壓電元件上的電壓達(dá)到正極大值時(shí)，開關(guān)使壓電元件上的電壓翻轉(zhuǎn)后再外加一個(gè)電源–Vcc，壓電元件上的電壓達(dá)到負(fù)極大值時(shí)，開關(guān)使壓電元件上的電壓翻轉(zhuǎn)后再附加一個(gè)+Vcc。


本文編號：3448505