高壓放大器在壓電疊堆主動隔振實驗中的應用
實驗名稱：主動隔振實驗
研究方向：研制了一款基于壓電疊堆作動器的主動隔振器，并對其進行了豎向維度正弦激勵的主動隔振性能試驗。主要研究內容為：（1）研制了一款基于壓電疊堆的主動隔振器，采用加速度傳感器作為傳感器件，并搭建了主動隔振系統試驗平臺；（2）分別對鋼梁及平板結構進行模態測試試驗，驗證有限元模型的真實性及可靠性；（3）MCS控制算法作為主動隔振系統的控制策略，進行壓電疊堆主動隔振試驗研究，結合數據處理軟件對采集到的振動響應進行分析，對比有無壓電疊堆隔振器時的振動衰減性能，驗證隔振器的隔振效果，并歸納試驗過程中出現的問題
測試設備：高壓放大器、信號發生器、功率放大器、激振器、加速度傳感器及數據采集系統、dSPACE、壓電作動器及隔振平臺等。
實驗過程：
圖1：主動隔振控制試驗原理圖
上圖圖1為本試驗系統圖，其主要工作過程為：信號源產生激勵信號，通過功率放大器放大輸入至激振器；激振器對鋼梁結構施加周期性變化的力，使結構產生振動。鋼梁產生的振動用以模擬環境干擾，振動變化頻率就是隔振平臺受到的干擾的頻率。加速度傳感器測得鋼梁及隔振平臺上的振動加速度，經過電荷放大器后作為反饋信號送入控制系統；信號經過A/D轉換輸入dSPACE信號采集板塊，通過MATLAB/Simulink編譯的控制程序計算得到低壓控制信號，經D/A轉化后輸入到高壓功放，經放大后施加到壓電作動器上，控制壓電作動器產生相應的驅動力來抑制隔振平臺產生的振動，進而達到隔振的目的。
實驗結果：
圖2：10~100Hz簡諧激勵工況下的加速度時程曲線
圖2給出10~100Hz簡諧激勵工況下的加速度時程曲線，圖中包括無控加速度響應及MCS控制的加速度響應。為了分析控制效果及變化趨勢，將無控時、橡膠隔振時以及MCS控制時的加速度峰值均方根作比，并對應作加速度趨勢圖3（a），并將加速度換作振級進行作圖3（b）。
圖3：目標位置加速度幅頻曲線
分析安裝三種隔振裝置的振動響應可得，橡膠隔振墊片在10~100Hz頻段無法實現隔振，甚至在接近梁板結構20Hz、50Hz及70Hz的固有頻率處加速度響應產生明顯放大，簡單的被動隔振在低頻段失效。MCS控制對該頻段隔振效果較為明顯，最大可衰減22.0%的振動響應。
當外部干擾激勵為20Hz時，無控時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%；當外部干擾激勵為50Hz時，無控時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%；當外部干擾激勵為70Hz時，無控時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%，證明在外部激勵作用下，采用MCS控制實現梁板結構加速度的有效減小。
圖4：白噪聲激勵工況下的加速度時程曲線
圖4給出在白噪聲激勵下的無控及MCS控制時的加速度響應時程曲線。由于隨機白噪聲信號容易激起梁板結構模態響應，采用MCS控制后加速度響應明顯衰減約30%，起到明顯的振動控制效果。
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