[发明专利]一种基于反激式变压器的压电半主动控制装置

权利要求书

1.一种基于反激式变压器的压电半主动控制装置，其特征在于，其主要的组成部分包括：压电元件、振动半主动控制电路和开关控制信号发生模块；

所述压电元件粘贴在被控结构上并与振动半主动控制电路连接；

所述振动半主动控制电路，用于控制所述压电元件两端的电压幅值及相位，所述振动半主动控制电路包括：一个反激式变压器、一个直流电压源、三个模拟电子开关和至少两个二极管；

所述开关控制信号发生模块包括微控制器和模拟开关驱动模块；

其中，所述直流电压源用于向反激式变压器原边输入电能，所述反激式变压器用于向所述压电元件输入电能，输入电能的时序由所述模拟电子开关控制；

所述振动半主动控制电路的电路结构分为：电压翻转回路和能量注入回路两部分；

其中，所述电压翻转回路包括：第一N沟道MOS管、P沟道MOS管、第一整流二极管、第二整流二极管以及反激式变压器的第一、第二副边线圈；

所述第一整流二极管的阳极与所述压电元件的一个表面连接，第一整流二极管的阴极与所述反激式变压器的第一副边线圈的同名端连接；

所述第一N沟道MOS管的漏极与所述反激式变压器的第一副边线圈的非同名端连接，第一N沟道MOS管的源极与所述压电元件的另一个表面连接并接地，第一N沟道MOS管的栅极与所述模拟开关驱动模块连接；

所述第二整流二极管的阴极与所述压电元件的一端连接，第二整流二极管的阳极与所述反激式变压器的第二副边线圈的非同名端连接；

所述P沟道MOS管的漏极与所述反激式变压器的第二副边线圈的同名端连接，P沟道MOS管的源极与所述压电元件的另一端连接并接地，P沟道MOS管的栅极与所述模拟开关驱动模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于反激式变压器的压电半主动控制装置，其特征在于，三个模拟电子开关包括：电压翻转控制开关组和能量注入控制开关；

其中，所述电压翻转控制开关组包括：第一N沟道MOS管和P沟道MOS管，并用于控制振动半主动控制电路工作实现压电元件的电压翻转动作；

所述能量注入控制开关包括：第二N沟道MOS管，并用于调节注入反激式变压器的电能大小。

3.根据权利要求1所述的基于反激式变压器的压电半主动控制装置，其特征在于，所述反激式变压器包括：第一副边线圈、第二副边线圈和原边线圈，第一、第二副边线圈的同名端不相同且与所述原边线圈相反；

所述原边线圈用于将直流电源的电能转化为磁场能并存入反激式变压器；第一、第二副边线圈用于将磁场能转化为电能，并在电压翻转过程中将电能注入所述压电元件以提高翻转电压的幅值。

4.根据权利要求1所述的基于反激式变压器的压电半主动控制装置，其特征在于，所述开关控制信号发生模块还包括控制信号反馈模块；

所述控制信号反馈模块，用于实时获取被控结构的振动位移；

所述微控制器，用于处理控制逻辑并产生开关控制信号；

所述模拟开关驱动模块，用于根据微控制器输出的控制信号驱动相应的电子开关断开或闭合。

5.根据权利要求1所述的基于反激式变压器的压电半主动控制装置，其特征在于，所述能量注入回路包括：

第二N沟道MOS管、反激式变压器的原边线圈以及直流电压源；

所述第二N沟道MOS管的漏极与所述直流电压源的负极连接，第二N沟道MOS管的源极与所述反激式变压器的原边线圈的非同名端连接并接地，第二N沟道MOS管的栅极与所述模拟开关驱动模块连接；

所述直流电压源的正极与所述反激式变压器的原边线圈的同名端连接。

6.根据权利要求1所述的基于反激式变压器的压电半主动控制装置，其特征在于，所述振动半主动控制电路的二极管包括：第一整流二极管和第二整流二极管，所述振动半主动控制电路的二极管用于在电压翻转后自动结束翻转电压动作。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的基于反激式变压器的压电半主动控制装置，其特征在于，在所述压电半主动控制装置的运行过程中，至少包括以下步骤：

通过控制信号反馈模块实时获得结构振动的位移信号并传输给所述微控制器；

所述微控制器实时检测位移信号的极值并在极值处产生两种开关信号传输给模拟开关驱动模块；

所述模拟开关驱动模块将两种开关信号放大并输出开关驱动模拟信号1与开关驱动模拟信号2并分别作用于电压翻转控制开关组与能量注入控制开关；

所述能量注入控制开关在开关驱动模拟信号2的作用下在翻转电压动作开始前控制能量注入回路工作并调节注入反激式变压器的电能大小；

所述反激式变压器将注入的电能转化为磁场能储存并在电压翻转动作开始时将磁场能转化为电能注入控制振动半主动控制电路的电压翻转回路；

所述电压翻转控制开关组在开关驱动模拟信号1的驱动下控制电压翻转回路工作实现压电元件的电压翻转动作，二极管在电压翻转后自动结束翻转电压的动作。