高压放大器在压电叠堆主动隔振实验中的应用-电子发烧友网

实验名称：主动隔振实验

研究方向：研制了一款基于压电叠堆作动器的主动隔振器，并对其进行了竖向维度正弦激励的主动隔振性能试验。主要研究内容为：（1）研制了一款基于压电叠堆的主动隔振器，采用加速度传感器作为传感器件，并搭建了主动隔振系统试验平台；（2）分别对钢梁及平板结构进行模态测试试验，验证有限元模型的真实性及可靠性；（3）MCS控制算法作为主动隔振系统的控制策略，进行压电叠堆主动隔振试验研究，结合数据处理软件对采集到的振动响应进行分析，对比有无压电叠堆隔振器时的振动衰减性能，验证隔振器的隔振效果，并归纳试验过程中出现的问题

测试设备：高压放大器、信号发生器、功率放大器、激振器、加速度传感器及数据采集系统、dSP ACE、压电作动器及隔振平台等。

实验过程：

图1：主动隔振控制试验原理图

上图图1为本试验系统图，其主要工作过程为：信号源产生激励信号，通过功率放大器放大输入至激振器；激振器对钢梁结构施加周期性变化的力，使结构产生振动。钢梁产生的振动用以模拟环境干扰，振动变化频率就是隔振平台受到的干扰的频率。加速度传感器测得钢梁及隔振平台上的振动加速度，经过电荷放大器后作为反馈信号送入控制系统；信号经过A/D转换输入dSPACE信号采集板块，通过MATLAB/Simulink编译的控制程序计算得到低压控制信号，经D/A转化后输入到高压功放，经放大后施加到压电作动器上，控制压电作动器产生相应的驱动力来抑制隔振平台产生的振动，进而达到隔振的目的。

实验结果：

图2：10~100Hz简谐激励工况下的加速度时程曲线

图2给出10~100Hz简谐激励工况下的加速度时程曲线，图中包括无控加速度响应及MCS控制的加速度响应。为了分析控制效果及变化趋势，将无控时、橡胶隔振时以及MCS控制时的加速度峰值均方根作比，并对应作加速度趋势图3（a），并将加速度换作振级进行作图3（b）。

图3：目标位置加速度幅频曲线

分析安装三种隔振装置的振动响应可得，橡胶隔振垫片在10~100Hz频段无法实现隔振，甚至在接近梁板结构20Hz、50Hz及70Hz的固有频率处加速度响应产生明显放大，简单的被动隔振在低频段失效。MCS控制对该频段隔振效果较为明显，最大可衰减22.0%的振动响应。

当外部干扰激励为20Hz时，无控时的加速度幅值均方根为1.36m/s2，MCS控制后加速度幅值均方根减少至1.14m/s2，振幅减少16.1%；当外部干扰激励为50Hz时，无控时的加速度幅值均方根为3.97m/s2，MCS控制后加速度幅值均方根减少至3.09m/s2，振幅减少22.0%；当外部干扰激励为70Hz时，无控时的加速度幅值均方根为8.42m/s2，MCS控制后加速度幅值均方根减少至6.91m/s2，振幅减少18.9%。而在其余频段采用MCS控制后加速度幅值可衰减至10%~15%，证明在外部激励作用下，采用MCS控制实现梁板结构加速度的有效减小。