[发明专利]实现自感知执行器的时分复用解耦法与控制系统

权利要求书

1.一种实现自感知执行器的时分复用解耦法，采用双向换能元件，其特征在于：采用开关时序控制电路(5)控制双向换能元件(1)作为传感器或执行器，当双向换能元件(1)作为传感器使用时，采用传感开关(K₁)切换，当双向换能元件(1)作为执行器使用时，采用执行开关(K₂)切换，采用放电开关(K₃)给双向换能元件(1)放电，这三个开关在开关时序控制电路(5)的控制下交替导通和截止；双向换能元件(1)先作为传感器检测速度或力信号，然后作为执行器产生位移或力，最后双向换能元件放电，完成一次传感和执行功能；一次传感和执行的具体步骤为：首先闭合传感开关(K₁)、断开执行开关(K₂)和放电开关(K₃)，双向换能元件(1)上的敏感信息经传感开关(K₁)进入传感器信号放大电路(7)，此时双向换能元件(1)作为传感器使用，检测结构的速度或力等信息；然后闭合执行开关(K₂)、断开传感开关(K₁)和放电开关(K₃)，控制器(6)输出的控制量经执行器驱动电路(9)后驱动双向换能元件(1)，此时双向换能元件(1)作为执行器使用，执行器产生位移或力；最后闭合放电开关(K₃)、断开传感开关(K₁)和执行开关(K₂)，双向换能元件(1)上积累的电能由放电通道(4)释放；传感器和执行器的切换速度高，切换速度等于信号采样频率，传感器和执行器的切换速度应大于结构最高受控模态频率的2倍；一个传感执行周期(T)等于传感时隙(τ₁)、执行时隙(τ₂)、放电时隙(τ₃)的总和，在一个传感执行周期(T)内，执行时隙(τ₂)大于传感时隙(τ₁)，在保证传感信号采样正确的前提下，增大执行时隙(τ₂)，缩短传感时隙(τ₁)，缩短放电时隙(τ₃)。

2.如权利要求1所述的实现自感知执行器的时分复用解耦法的控制系统，其特征是：包括双向换能元件(1)、传感通道(2)、执行通道(3)、放电通道(4)、开关时序控制电路(5)和控制器(6)；双向换能元件(1)的上电极面(B)接地；双向换能元件(1)的下电极面(A)接传感开关(K₁)、执行开关(K₂)和放电开关(K₃)的左端；传感通道(2)由传感开关(K₁)、传感器信号放大电路(7)和低通滤波器(8)组成，传感开关(K₁)的右端接传感器信号放大电路(7)，传感器信号放大电路(7)的输出接低通滤波器(8)，低通滤波器(8)的输出接控制器(6)；执行通道(3)由执行开关(K₂)和执行器驱动电路(9)组成，控制器(6)的输出接执行器驱动电路(9)，执行器驱动电路(9)的输出接执行开关(K₂)的右端；放电通道(4)由放电开关(K₃)和放电电阻(R₁)组成，放电开关(K₃)的右端接放电电阻(R₁)，放电电阻(R₁)接地。

3.如权利要求2所述的实现自感知执行器的时分复用解耦法的控制系统，其特征是双向换能元件(1)为压电元件和磁致伸缩元件；开关时序控制电路(5)是数字逻辑电路或脉冲信号发生器；控制器(6)是数字信号处理器DSP或微型计算机或单片机系统。