南昌航空大学 航空制造工程学院, 江西 南昌330063
压电振子的工作频带宽度是影响压电振动能量收集器发电效率的关键指标。该文旨在分析一种锯齿型阵列式压电振动能量收集器结构模态频率, 为压电振子的动力学设计提供参考。首先, 基于弹性梁振动理论, 推导了锯齿型压电梁的动力学方程, 并分析了影响压电梁模态频率的因素。然后, 通过COMSOL建立锯齿形压电梁的有限元模型, 分析了其频响特性、功率与负载阻抗匹配特性及加速度依赖性。最后, 通过实验研究测试了锯齿型压电梁的电压幅频特性曲线, 验证了理论分析与仿真模拟结果的合理性。结果表明, 锯齿型阵列式压电振动能量收集器能够有效地拓宽工作频带, 进而提高发电效率。
压电 能量收集 锯齿型 阵列式 宽频带 piezoelectric energy harvesting sawtooth array broadband
南昌航空大学 航空制造工程学院, 江西 南昌 330063
针对压电悬臂梁的振动问题, 该文提出了一种模糊滑模主动控制策略, 以在抑制悬臂梁振动的基础上减小抖振。根据均质梁单元和压电梁单元运动方程引入状态向量,建立了压电悬臂梁的状态空间方程。通过平衡截断法对压电悬臂梁模型进行降阶,以提高计算效率, 并以降阶模型为对象设计了模糊滑模控制器。运用模糊规则调节切换增益,饱和函数替换符号函数, 有效地减小了滑模控制的抖振现象, 利用Lyapunov函数证明其稳定性。结果表明, 基于饱和函数的模糊滑模控制不仅能控制压电悬臂梁的振动, 还能降低抖振现象。
压电悬臂梁 振动 滑模控制 模糊规则 抖振 piezoelectric cantilever beam vibration sliding mode control fuzzy rule buffeting
南昌航空大学 航空制造工程学院,江西 南昌 330063
以多方向压电振动能量收集器为对象，建立系统的简化机电耦合动力学模型。利用COMSOL软件构建能量收集装置的有限元模型，分析了系统的振动模态，讨论了系统不同结构参数对其电压频域响应及负载功率阻抗匹配的影响。引入非线性磁力，探究了不同磁间距对电学响应的作用。结果表明，能量收集器在y方向1g(g=9.8 m/s2)加速度载荷激励下,负载电压和负载功率峰值分别达到37 V、6.9 mW，减少压电陶瓷、弹簧基底厚度及增加附加质量块的质量有利于能量收集，并且能量收集装置在磁力作用下具有自主调谐功能，增强了环境适应性。
压电 能量收集器 机电耦合模型 电学响应 阻抗匹配 piezoelectric vibration energy harvester electromechanical coupling model electrical response impedance matching
