Analysis on Output Power for Multi-direction Piezoelectric Vibration Energy Harvester

To predict the performance of multi-direction piezoelectric vibration energy harvester,an equation for calculating its output power is obtained based on elastic mechanics theory and piezoelectricity theory.Experiments are performed to verify theoretical analysis.When the excitation direction is along Y direction,a maximal output power about 0.139 mW can be harvested at a resistive load of 65kΩ and an excitation frequency of 136 Hz.Theoretical analysis agrees well with experimental results.Furthermore,the performance of multi-direction vibration energy harvester is experimentally tested.The results show that the multi-direction vibration energy harvester can harvest perfect energy as the excitation direction changes in XY plane,YZ plane,XZ plane and body diagonal plane of the harvester.     

电子阻尼的增进——局部激励应变的补偿

分析了以压电陶瓷片为作动和测量元件,构成速度负反馈的闭环控制的“电子阻尼技术”之所以不能大幅度增加结构阻尼的原因。提出了“局部激励应变补偿”和把通常的微分负反馈改为低截止频率的惯性环节正反馈的控制新方案。压电悬臂梁的实验表明,它们能使结构模态阻尼比大幅提高。     

压电复合材料壁板颤振的控制

针对考虑热效应的壁板颤振问题,利用von Karman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了埋入压电材料的复合材料板颤振的气动弹性力学模型,使用Bogner-Fox-Schmit单元推导出壁板颤振的非线性有限元方程.将该动力学方程转换到状态空间模型,给出了基于这个非线性模型的最优控制.应用Runge-Kutta方法在时域内对一个四边简支的含压电材料的复合材料壁板颤振的控制进行了仿真,数值结果证明了该方法的有效性.     

椭圆微驱动电火花加工装置中电极运动的微机控制

为实现椭圆微驱动器的最佳频率响应，需准确调整压电元件驱动源的频率，为此设计了用MCS51单片机控制的电极运动驱动电路。     

基于压电式加速度计的振动测量原理及应用

阐述了利用压电式加速度计、电荷放大器、动态信号分析仪进行振动测量的原理及应用。     

任意转角石英晶片电弹常数的快速计算

电弹常数是描述压电材料最重要的常数,压电元器件的设计以其所用压电材料的电弹常数为基础。石英晶体是目前应用最广的压电材料,由于晶体的各向异性,其电弹常数的值随品片的切割方位而变,且通常须用矩阵表示。因此,任意切型和切角的电弹常数计算就变得非常复杂。本文对任意切型的电弹常数归纳了一种简便的计算方法并在微机上编出了相应的程序。通过运行本文工作的程序,即可随时得到任意切型及切角电弹常数的理论值,这样就可为研制和设计工作提洪可靠的理论依据,并节省大量的人工计算时间。     

压电悬臂梁振动能量收集仿真与试验验证

基于压电陶瓷的振动能量收集器以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点受到广泛关注。利用压电陶瓷的正压电效应,根据机电理论和结构动力学理论,采用模态法建立了压电悬臂梁的双向耦合分布参数模型,仿真分析了外激励频率和外接负载对压电能量收集器输出电压特性的影响,设计制作了铝制悬臂梁,并进行了地面振动和能量收集试验,试验结果与理论仿真吻合较好,验证了理论建模的正确性。试验结果表明,单个压电片的能量收集电压最大为73 V/N。     

光致伸缩作动器对开口球壳的主动振动控制

基于电压源模型,推导出薄膜式光致伸缩作动器应变与光强的本构关系。建立光电层合球壳系统动力学方程及模态控制方程。利用规格化后的模态控制因子对球壳子午线方向及圆周方向的薄膜与弯矩效应进行评价,不同位置下的模态控制因子为作动器布局优化提供了依据。将LQR控制算法与光源激励策略相结合,确定光电层合球壳系统的主动控制策略。进行主动振动控制仿真,得到球壳位移及控制光强响应曲线。仿真结果表明,在较低能量的控制光强下,光致伸缩作动器可实现对球壳的主动振动控制,且振动抑制效果明显。
     

材料和尺寸参数对Rainbow型压电换能器发电能力的影响

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构.为研究Rainbow型压电换能器材料、尺寸参数对其发电能力的影响,根据压电材料的机电耦合方程和对换能器的力学理论分析,建立了Rainbow型压电换能器开路电压与输出电能的数学模型.对开路电压模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致.对输出电能理论模型的数值模拟分析表明,金属基片的宽度与厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会引起换能结构两片压电薄膜输出电能的降低;金属基片长度、压电薄膜宽度的增大将会引起两片压电薄膜输出电能的增加;压电薄膜长度、厚度的增大将会使得两片压电薄膜输出电能先增加后减小;铍青铜基片换能器要优于钢基片换能器;换能器弧形内侧压电薄膜的输出电能都要大于外侧压电薄膜.最后,结合Rainbow型压电换能器的力学分析给出了分析结果的合理解释.     

基于多电技术的民用飞机舱门电作动器研究

目前国内多电技术的工程应用较少,基于此,以舱门电作动器为例,分析了其技术要求,从No-Back和软硬件设计技术两方面对设计难点进行了研究,然后对电机组件、齿轮装置、控制组件、控制板、作动器控制算法进行了系统设计,并完成样件试验。结果表明,样件满足设计要求和功能要求。