安泰高压放大器在锥形介电弹性体隔振性能验证中的应用-电子发烧友网

实验名称：基于逆整形的锥形介电弹性体隔振性能验证

测试设备：高压放大器、信号发生器、激光传感器、锥形介电弹性体驱动器、激振器、电脑等。

实验过程：

图1：基于逆整形控制的锥形介电弹性体主动隔振系统示意图

搭建如图1所示的隔振系统，采用丙烯酸和碳膏制作锥形介电弹性体驱动器，给与一定的预拉伸率和附加质量。刚性支撑结构将介电弹性体驱动器与激振器刚性连接，由信号发生器给出不同的激振信号，控制器为基于逆整形的主动隔振控制器，控制器由平方根非线性补偿器、PID反馈控制器和A-EID逆整形器组成。控制信号通过高压放大器进行放大，以电压信号的形式施加到锥形介电弹性体驱动器上。由激光位移传感器和数据采集装置将输出的位移信号同时反馈给电脑和控制器，反馈信号输入控制器以形成反馈控制闭环，同时在电脑上显示并等待处理分析，测试锥形介电弹性体驱动器在施加控制前后的时域、频域的响应曲线及位移传递系数曲线，以评估系统的减振性能并对比分析。

实验结果：

图2：主动隔振系统对5Hz单频谐振的隔振效果（a)主动隔振和被动隔振的隔振效果比较；b)两种主动控制方法的隔振效果比较）

验证系统对于单频谐波振动的隔振性能，谐波振动在往复式机械设备和不平衡的电动机中很常见，其振动频率通常与运行速度有关。将锥形介电弹性体执行器放置在激振器和7.1g的负载质量之间，激振器向基座施加幅值为1mm，频率分别为5Hz，15Hz，20Hz的单频正弦信号，控制器向DEA施加主动控制，测量负载质量的运动位移以评估系统的主动隔振效果。如图2所示，对于5Hz的单频正弦激振信号，未施加主动隔振控制的系统振动幅值为1.03mm，单独的PID反馈控制下的最大振动幅值为0.092mm，振动在被动隔振的基础上降低了91.07%，基于A-EID逆整形的PID反馈控制下的最大振动幅值为0.089mm，振动降低了91.36%，两种隔振效果差别不大。

图3：系统对15Hz单频谐振的隔振效果（a)主动隔振和被动隔振的隔振效果比较；b)两种主动控制方法的隔振效果比较）

如图3所示，对于15Hz的单频正弦激振信号，未施加主动隔振控制的系统振动幅值为1.37mm，单独的PID反馈控制下的最大振动幅值为0.031mm，振动在被动隔振的基础上降低了97.74%，基于A-EID逆整形的PID反馈控制下的最大振动幅值为0.012mm，振动降低了99.12%，基于A-EID逆整形的PID反馈控制几乎完全隔离了振动。如图4所示，对于20Hz的单频正弦激振信号，未施加主动隔振控制的系统振动幅值为1.93mm，单独的PID反馈控制下的最大振动幅值为0.023mm，振动在被动隔振的基础上降低了98.81%，基于A-EID逆整形的PID反馈控制下的最大振动幅值为0.003mm，振动降低了99.84%，基于A-EID逆整形的PID反馈控制几乎完全隔离了振动。

图4：系统对20Hz单频谐振的隔振效果（a)主动隔振和被动隔振的隔振效果比较；b)两种主动控制方法的隔振效果比较）

验证系统对于线性时变振动的隔振性能，将锥形介电弹性体执行器放置在激振器和7.1g的负载质量之间，激振器向基座施加幅值为1mm，频率在5-30Hz范围内按1Hz⁄s的扫频速率线性增加的正弦扫频信号，控制器向DEA施加主动控制，测量负载质量的运动位移以评估系统的主动隔振效果。如图5所示，相较于单独的PID反馈控制，基于A-EID逆整形的PID反馈控制在整个扫频频段的隔振效果更好，尤其在DEA的共振区附近的振动隔离能力最强。