[实用新型]一种基于逆挠电效应的结构驱动

说明书

本实用新型公开了一种基于逆挠电效应的结构驱动，包括被控制结构，被控制结构上方设置有若干作动器，作动器自上而下依次为线电极、挠电层、电极层；通过外加电压在挠电层中产生非均匀电场；本实用新型还公开了基于逆挠电效应的结构驱动的优化控制方法，针对多作动器的相互位置将会影响控制效果，本实用新型方法能够针对这一问题进行分析，计算各作动器的最优位置，实现智能结构的优化控制。能够计算出最优位置，组合排列，显著提高结构的驱动效果，最大限度的利用作动器的潜能，延长作动器的使用寿命，具有更好的实用价值和可靠性。

技术领域

本实用新型涉及智能控制领域，包含被控结构的主动控制和作动器最优位置求解两个方面，具体是指一种基于逆挠电效应的结构驱动。

背景技术

智能结构具有体积小、响应快、变形大等特点，可实现结构的传感、振动控制、噪声控制与稳定性控制等。在航空航天、机械电子、生物医学等领域具有重要的应用。基于挠电效应的作动控制在近些年开始受到关注。其原理是利用挠电材料中的力电耦合特性实现电-力转换，通过施加电信号产生控制力，从而对结构进行驱动或控制。目前比较常见的方法是通过在整个被驱动结构上铺设挠电层，在挠电层中施加非均匀电场，进行驱动控制。

然而，由于非均匀电场相对集中，绝大部分挠电材料中逆挠电效应非常微弱，使得整体铺设挠电材料这种方法不够经济。采用独立的作动器模式更有利于节省挠电材料，缩减成本。同时，基于逆挠电效应的作动器容易产生较为强烈的应力集中现象，这就限制了挠电层上所能施加的电压，以保证挠电作动器的使用寿命。但是受限的控制电压会反过来会影响作动效果，使作动效果不能达到要求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的问题，公开了一种基于逆挠电效应的结构驱动，采用多个作动器共同作用的方法来实现控制目标，可以有效避免应力集中现象，解决现有技术中应力集中现象；本实用新型还公开了结构驱动优化控制方法，确定各作动器的最优位置，实现智能结构的优化控制。

本实用新型是这样实现的：

一种基于逆挠电效应的结构驱动，包括被控制结构，被控制结构上方设置有若干作动器，作动器自上而下依次为线电极、挠电层、电极层；本实用新型的作动器为挠电作动器；通过外加电压在挠电层中产生非均匀电场，此时的控制基于逆挠电效应的多作动器控制方式；作动器个数不做限制，最大个数只需保证总宽度小于等于板的长度即可。即若干作动器的挠电层的总宽度小于等于被控制结构的长度a；需满足下述公式：

式中，a,b,h分别为被控制结构的长宽高；挠电层的宽度为作动器个数记为n。

进一步，所述的作动器采用胶粘的方式固定于被控制结构上表面。挠电作动器与被控制结构紧密粘合，连接方式可以采用胶粘等多种途径。作动器粘贴于被控制结构表面，实现控制力及控制力矩从作动器像被控制结构的传导。

进一步，所述的被控制结构的形状包括矩形、圆形或者椭圆形壳体，当。被控制结构的特征为板壳结构，包括但不仅限于矩形板，对于其他形状的板壳结构，如圆形、椭圆形以及各类壳体也同样适用。当为圆形、椭圆形的壳体时，长宽a,b值分别对应椭圆、圆形等的外切矩形的长宽a,b。

进一步，挠电层为包含具有较明显挠电特性的工程材料，通过外加电压的形式在挠电层中产生非均匀电场，引起电-力耦合效应，实现电载荷向力场的转换。外加电压的施加方式包括但不限于在上层线电极和底层电极层等形式，任何可以在挠电层中产生非均匀电场从而实现电-力转换的技术均在本实用新型所申诉权利要求范围之内。

本实用新型还公开了基于逆挠电效应的结构驱动的优化控制方法，具体方法如下：