高壓放大器在壓電疊堆主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱：主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn)
研究方向：研制了一款基于壓電疊堆作動(dòng)器的主動(dòng)隔振器，并對(duì)其進(jìn)行了豎向維度正弦激勵(lì)的主動(dòng)隔振性能試驗(yàn)。主要研究?jī)?nèi)容為：（1）研制了一款基于壓電疊堆的主動(dòng)隔振器，采用加速度傳感器作為傳感器件，并搭建了主動(dòng)隔振系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)；（2）分別對(duì)鋼梁及平板結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)證有限元模型的真實(shí)性及可靠性；（3）MCS控制算法作為主動(dòng)隔振系統(tǒng)的控制策略，進(jìn)行壓電疊堆主動(dòng)隔振試驗(yàn)研究，結(jié)合數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)采集到的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析，對(duì)比有無(wú)壓電疊堆隔振器時(shí)的振動(dòng)衰減性能，驗(yàn)證隔振器的隔振效果，并歸納試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題
測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、激振器、加速度傳感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、dSPACE、壓電作動(dòng)器及隔振平臺(tái)等。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：
圖1：主動(dòng)隔振控制試驗(yàn)原理圖
上圖圖1為本試驗(yàn)系統(tǒng)圖，其主要工作過(guò)程為：信號(hào)源產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)功率放大器放大輸入至激振器；激振器對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)施加周期性變化的力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)。鋼梁產(chǎn)生的振動(dòng)用以模擬環(huán)境干擾，振動(dòng)變化頻率就是隔振平臺(tái)受到的干擾的頻率。加速度傳感器測(cè)得鋼梁及隔振平臺(tái)上的振動(dòng)加速度，經(jīng)過(guò)電荷放大器后作為反饋信號(hào)送入控制系統(tǒng)；信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換輸入dSPACE信號(hào)采集板塊，通過(guò)MATLAB/Simulink編譯的控制程序計(jì)算得到低壓控制信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化后輸入到高壓功放，經(jīng)放大后施加到壓電作動(dòng)器上，控制壓電作動(dòng)器產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)抑制隔振平臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到隔振的目的。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
圖2：10~100Hz簡(jiǎn)諧激勵(lì)工況下的加速度時(shí)程曲線
圖2給出10~100Hz簡(jiǎn)諧激勵(lì)工況下的加速度時(shí)程曲線，圖中包括無(wú)控加速度響應(yīng)及MCS控制的加速度響應(yīng)。為了分析控制效果及變化趨勢(shì)，將無(wú)控時(shí)、橡膠隔振時(shí)以及MCS控制時(shí)的加速度峰值均方根作比，并對(duì)應(yīng)作加速度趨勢(shì)圖3（a），并將加速度換作振級(jí)進(jìn)行作圖3（b）。
圖3：目標(biāo)位置加速度幅頻曲線
分析安裝三種隔振裝置的振動(dòng)響應(yīng)可得，橡膠隔振墊片在10~100Hz頻段無(wú)法實(shí)現(xiàn)隔振，甚至在接近梁板結(jié)構(gòu)20Hz、50Hz及70Hz的固有頻率處加速度響應(yīng)產(chǎn)生明顯放大，簡(jiǎn)單的被動(dòng)隔振在低頻段失效。MCS控制對(duì)該頻段隔振效果較為明顯，最大可衰減22.0%的振動(dòng)響應(yīng)。
當(dāng)外部干擾激勵(lì)為20Hz時(shí)，無(wú)控時(shí)的加速度幅值均方根為1.36m/s2，MCS控制后加速度幅值均方根減少至1.14m/s2，振幅減少16.1%；當(dāng)外部干擾激勵(lì)為50Hz時(shí)，無(wú)控時(shí)的加速度幅值均方根為3.97m/s2，MCS控制后加速度幅值均方根減少至3.09m/s2，振幅減少22.0%；當(dāng)外部干擾激勵(lì)為70Hz時(shí)，無(wú)控時(shí)的加速度幅值均方根為8.42m/s2，MCS控制后加速度幅值均方根減少至6.91m/s2，振幅減少18.9%。而在其余頻段采用MCS控制后加速度幅值可衰減至10%~15%，證明在外部激勵(lì)作用下，采用MCS控制實(shí)現(xiàn)梁板結(jié)構(gòu)加速度的有效減小。
圖4：白噪聲激勵(lì)工況下的加速度時(shí)程曲線
圖4給出在白噪聲激勵(lì)下的無(wú)控及MCS控制時(shí)的加速度響應(yīng)時(shí)程曲線。由于隨機(jī)白噪聲信號(hào)容易激起梁板結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)，采用MCS控制后加速度響應(yīng)明顯衰減約30%，起到明顯的振動(dòng)控制效果。
高壓放大器推薦：ATA-2168
圖：ATA-2168高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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