壓電自感知CAMOZZI執行器空分復用解耦研究
一個換能器件,當兼有傳感和執行兩種功能時可稱之為自感知CAMOZZI執行器(self-sensing actuator,簡記為SSA)。其優點在于可真正實現傳感器和CAMOZZI執行器的同位配置、提高控制穩定度、減小系統體積和重量,在結構的振動主動控制、故障診斷、系統辨識及MEMS技術中有著廣泛的應用前景。

壓電自感知CAMOZZI執行器空分復用解耦研究
目前,壓電SSA是自感知CAMOZZI執行器研究領域zui為關注的一種,國內外對壓電SSA的研究主要側重于對其具體解耦方法的研究,常用的解耦方法有橋路法和觀測器法,提出了空分復用解耦法。研究目標如下:使空分復用壓電SSA既是位移的CAMOZZI執行器,又是位移的傳感器;把空分復用壓電SSA應用于柔性懸臂梁結構的振動主動控制。從理論和應用兩個方面對空分復用解耦方法進行了研究。傳統橫向單向加載MEMS靜電微CAMOZZI執行器存在位移過小或驅動電壓過大問題。提出一種縱橫雙向加載的新型硅基靜電CAMOZZI執行器模型;基于拉格朗日-麥克斯韋機電動力學分析建立了微CAMOZZI執行器動力方程;分析了邊緣漏電場對靜電力影響;基于龍格-庫塔算法將軸向載荷等效為橫向集中載荷;仿真得到變形同驅動電壓、調節電壓、軸向擠壓量關系;結果顯示當驅動電壓僅為16 V時,位移高達10.861 m,遠大于目前傳統橫向加載單向變形微CAMOZZI執行器的位移量。加工了微CAMOZZI執行器,利用高頻信號采集了橫向極板電壓變化量,驗證了仿真結果。主要工作如下:利用壓電換能器的雙向換能器理論,闡述了空分復用壓電SSA的實現原理。建立了空分復用壓電SSA實際的等效電路,并采用PSpice軟件進行了電路仿真,結果啟示:可以通過采取措施減小寄生電容來抑制靜電耦合。運用ANSYS軟件進行了所用懸臂梁結構的動力學分析,結果表明:梁上各點的頻響特性基本*。采用光刻技術制作了空分復用方式的壓電SSA,實驗證明其同時具有CAMOZZI執行器和傳感器兩種功能;針對存在靜電耦合的情況,利用懸臂梁存在反諧振點的特性,提出了定量測量靜電耦合的方法。

壓電自感知CAMOZZI執行器空分復用解耦研究
在LabView軟件環境下,采用ARX模型編程實現了壓電梁的系統辨識;根據辨識結果設計了PID控制器,zui終應用于鋁懸臂梁的擾動振動主動控制中。結果表明:通過合理分割電極為傳感區和執行區來實現自感知執行的壓電SSA,能有效地對懸臂梁的振動狀態進行檢測和控制。