[发明专利]基于切换刚度的压电自感知被动抑振控制电路及方法

说明书

本发明公开了一种基于切换刚度的压电自感知被动抑振控制电路及方法，包括压电模块、电桥平衡电路和控制电路。压电模块包含两个对称设置在抑振对象的两侧的压电单元，每个压电单元均包含N个并联的压电体；电桥平衡电路将压电体产生的电信号分离为用于监测压电体电学状态、振动状态的自感知信号和用于控制所述压电体电学边界条件的控制信号，控制电路用来切换系统刚度。本发明通过切换系统等效刚度达到抑振效果，属于被动抑振方法，无需系统外能源输入，具有环保、便捷、适用范围广、可靠性强和实时监测等优势，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及压电传感领域和机械振动控制领域，尤其涉及一种基于切换刚度的压电自感知被动抑振控制电路及方法。

背景技术

振动在航空航天、风机、塔建等领域普遍发生并造成了不良影响，因此对振动体进行抑振十分重要。而目前振动控制分为主动控制、半主动控制和被动控制，应用压电材料的主动控制往往系统复杂，并依靠算法进行振动控制，需要系统外的大量能源和不可靠性使得主动控制应用受限；半主动控制需要系统外能源改变系统刚度或阻尼等特性控制振动，系统复杂和繁琐，同时稳定性较差；然而传统的被动控制无法根据实际振动进行调整，且振动控制效果不佳。

现阶段的风力机、直升机旋翼、卫星太阳能帆板等应用还是传统的被动控制技术，难以满足对振动控制的需求。本发明通过切换系统等效刚度达到抑振效果，并且属于被动抑振方法，无需系统外能源输入，具有环保、便捷、适用范围广、可靠性强和实时监测等优势，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于切换刚度的压电自感知被动抑振控制电路及方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于切换刚度的压电自感知被动抑振控制电路，包含压电模块、电阻R1、电阻R2、电容Cr、N型mos管、NPN型三极管、P型mos管、PNP型三极管、第一二极管、第二二极管和电阻Rc；

所述压电模块体包含第一至第二压电单元；所述第一至第二压电单元结构相同，均包含N个并联的压电体，N为大于等于1的自然数；所述压电体采用压电材料制成，用于通过压电效应将机械能转化为电能；

第一、第二压电单元对称设置在抑振对象的两侧，抑振对象发生振动时使得第一、第二压电单元中的压电体产生相应的形变；

所述第一压电单元分别和所述电阻R1的一端、电阻Rc的一端相连，第二压电单元分别和所述电容Cr的一端、N型mos管的漏极、P型mos管的漏极相连；

所述电阻R1的另一端分别和所述电阻R2的一端、N型mos管的源极、P型mos管的源极相连；

所述电容Cr的另一端分别和所述电阻R2的另一端、NPN型三极管的集电极、PNP型三极管的集电极相连；

所述NPN型三极管的发射极和所述P型mos管的栅极相连，基极和所述第一二极管的负极相连；

所述PNP型三极管的发射极和所述N型mos管的栅极相连，基极和所述第二二极管的正极相连；

所述第一二极管的正极分别和所述电阻Rc的另一端、第二二极管的负极相连；

令所述压电模块的等效电容为Cp， R1*Cp=R2*Cr，压电模块、电容Cr、电阻R1、电阻R2形成电桥平衡电路。

作为本发明一种基于切换刚度的压电自感知被动抑振控制电路进一步的优化方案，所述电阻R1采用电容C1替代，电阻R2采用电容C2替代，C2*Cp=C1*Cr，压电模块、电容Cr、电容C1、电容C2形成电桥平衡电路。

本发明还公开了一种该基于切换刚度的压电自感知被动抑振控制电路的抑振方法，包含以下步骤：