[实用新型]一种准独立模态作动器

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种作动器，尤其是涉及基于准独立模态控制方法的一种准独立模态作动器，属于结构振动主动控制领域。

(二)背景技术

对于一个多自由度特别是∞自由度的连续结构的振动控制，“溢出”问题是令人头疼是拦路虎，成为众多文献关注的一个主题。其中，从理论上说，最吸引人的解决办法要数“独立模态控制”技术。它基于结构振动模态理论，首先把结构传感器响应变换到模态坐标域中，在其中按一个一个单自由度系统设计控制器和优化模态广义力，最后再反变换到物理坐标由作动器驱动结构，完成无溢出的闭环控制。这种策略的基础是要有大量的分布式的传感器和作动器，因此，多年来只能当作一种理想模型来欣赏——仿真试验或讨论。但是，近二十年来，随着重量轻、价格低，可大量分布的压电传感器和作动器的崛起，使它变得比较现实了，它的理论和实践价值日益受到人们的重视。

独立模态控制理论的核心是模态传感器和作动器的组建和实施。分布式的压电片实际上可以看成是有∞多个传感器和作动器，并且还有一定的“运算”功能，这恰恰迎合了组建模态传感器和作动器的需要，这就是近年来不少文献热衷于压电片剪裁的独立模态控制的原由。

本实用新型中用压电梁作为典型结构来解释独立模态控制理论的原理以及本实用新型在压电结构振动控制中的应用，但该实用新型也适用于其他结构，特别如航空航天产品之类的大型柔性结构。

图1是众多文献采用的典型的压电片裁剪独立模态控制示意图(单模态)，从图可见：

a、在梁1’的下表面贴有一压电作动片2’，上表面相应位置贴有同一尺寸的压电测量片3，经一大电阻4’后接电阻5’和运算放大器6’构成压电应变传感器；

b、压电应变传感器输出电压u_s经微分放大器gss7’后与外激励电压u_e相减，经比例放大器g_a8’后激励压电作动片构成闭环控制系统。

压电剪裁独立模态控制的现实性和局限性：

(1)多模态控制要贴多层压电片，显然不那么现实可行。

(2)非均匀梁结构例如变截面的，有刚度突变的，带有集中质量的等等，裁剪条件将变得非常复杂甚至没有可行的解。对于其它复杂结构，首先没有应变振型(如梁的Φ_r^xx(x))的解析解，用有限元法等求解，误差将较大；其次，或许更为重要的是，即使对于简单的弹性薄板，压电片的厚度或压电常数要随板的坐标x，y而变，这显然是很不现实的。更有甚者，似乎也很难找到关于应变模态Φ_r^xx(x，y)+Φ_r^yy(x，y)的正交函数系。

(3)关于适应性

首先，如果结构特性特别是固有振型在运行中有所变化，已裁剪好的压电传感器和作动器将偏离独立模态控制条件，从而有可能使整个控制失效。另外，“硬化”的独立模态传感器和作动器也在很大程度上限制了智能传感和作动器与现代自适应控制技术相结合的深远潜力。

(三)实用新型内容

1、目的：本实用新型的目的是提供一种准独立模态作动器，它克服了原有的理论模型在现实应用中的困难，是一种设计优化，可用于实践的准独立模态控制作动器。

2、技术方案：本实用新型是通过以下技术方案实现的：见图2所示

本实用新型一种准独立模态作动器，它是由作动片2、增益g_a13、作动片4、增益g_a25、作动片6、增益g_a37、作动片8和增益g_a49组成。

所述作动片2、4、6、8，就是压电片；所述增益g_a13、g_a25、g_a37、g_a49，就是功率放大器。

它们的连接关系如下：

在薄板1的下表面贴有4个作动片即作动片2、作动片4、作动片6和作动片8，它们分别与各自的增益环节即增益g_a13、增益g_a25、增益g_a37和增益g_a49相连构成4条并列的支路(这样的支路根据具体情况可推广至n个)，这4条并列的支路一起构成一个组合式压电作动器。

其中，作动片2、作动片4、作动片6和作动片8，其厚度不超过0.3毫米，面积不超过3平方厘米；