华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东广州510641
航天器上的太阳帆板和卫星天线等为多柔性体的耦合系统。耦合多柔性体结构具有密集模态、低刚度和小阻尼等特点，易受扰动激励产生持久且幅值较大的耦合拍频振动。为了研究耦合多柔性体结构的主动振动抑制和抗扰动能力，本文针对一种三耦合柔性梁系统，采用机器视觉进行振动检测并用于反馈，通过一种非线性H∞控制方法进行振动控制。建立了基于视觉检测的弹簧连接的三耦合柔性压电梁实验平台。建立了有限元模型，并且根据自由振动信号和正弦响应信号激励辨识修正了模型参数。基于H∞算法给出了抗扰动指标，利用已辨识的有限元模型和所设计的非线性控制器，并且基于抗扰动指标、控制速度指标和能量消耗指标获得了H∞控制器。进行了基于视觉反馈的扰动振动控制实验研究。实验结果显示：H∞控制与PD控制振动抑制速度基本一致，但振动平稳时H∞控制的振动幅值较小。这表明H∞控制比PD控制具有更好的抗扰动能力。
多柔性体结构 耦合振动 视觉检测 H∞控制 flexible multi-body structure coupling vibration visual detection H∞ control 光学 精密工程
2022, 30(24): 3168
浙江师范大学 精密机械研究所, 浙江 金华 321004
为实现低频/宽频带/高强度振动能量回收及基于能量回收的主动振动控制, 提出了一种气体耦合式振动俘能器。介绍了俘能器的系统构成原理, 对其能量回收特性进行了理论与试验研究。理论分析结果表明, 俘能器的发电能力及特性是由环境振动强度、气缸/压电振子的结构与性能参数、系统质量/背压等多种要素共同决定的; 其它条件确定时, 存在使电压最大的最佳频率以及使俘能器工作与否的最低临界频率; 增加背压/质量可不同程度地提高俘能器的输出电压和有效带宽、降低临界频率, 但对最佳频率无明显影响。采用Ф60×0.9 mm3双晶压电振子及Ф16×100 mm3气缸制作了样机, 测试了不同背压及质量时俘能器的电压-频率特性。结果表明, 俘能器最佳/临界频率、最大输出电压及有效带宽等与背压/质量关系均与理论分析结果相吻合。不同条件下所测得的最佳频率均为55 Hz左右; 背压0.4 MPa、质量10 kg时所获得临界频率/最大输出电压/对应25 V输出电压有效带宽为9 Hz/88 V/72 Hz, 分别为质量2.5 kg时的0.36倍、2倍和2.2倍。
压电振动俘能器 气体耦合振动 能量回收 发电 piezoelectric vibration energy harvester pneumato-coupling vibration energy harvesting electric energy generation
