[发明专利]一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构振动控制装置，尤其涉及一种多方法集成的同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置。

背景技术

压电半主动控制方法是基于压电主动和被动控制技术发展起来的一种新的振动控制方法，目前正得到广泛地研究。具有代表性的是一种基于非线性同步开关阻尼技术的半主动振动控制方法，这种方法也被称为SSD技术（SSD：Synchronized Switch Damping），在电路中串联电感和开关等一些简单的电子元件使得压电元件上的电能被快速消耗或实现电压翻转，从而达到减振的目的。压电主动控制具有较好地控制效果，但它的系统庞大复杂，系统的可靠性因而降低，难以实现小型化、轻量化；压电被动控制比较简单、易于实现，但缺点是电路中的电感和电阻参数对环境变化适应能力差。与压电被动、主动控制方法相比，压电半主动振动方法的控制系统简单，仅仅开关工作需要外界能量，因此控制所要的外界能量很小，不需要精确的结构振动模型，且控制效果比较稳定，适合于宽频带振动控制。目前，基于非线性同步开关阻尼技术的半主动振动控制方法主要分为四种：短路同步开关阻尼技术（SSDS技术）、电感同步开关阻尼技术（SSDI技术）、电压同步开关阻尼技术（SSDV技术）和负电容同步开关阻尼技术（SSDNC技术）。

在以往的研究中，为了利用上述四种半主动振动控制技术实现结构的振动控制，都需要临时搭建模拟电路，电路的稳定性差，与计算机等外部设备的连接没有标准的接口，操作较为复杂，并且针对不同的控制技术间的切换，需要大范围地更换电子元器件，器件的可重复利用性较低；另外，临时搭建的电路可保存性较差。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是利用非线性同步开关阻尼技术，提供一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置。该同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置能够将短路同步开关阻尼技术（SSDS技术）、电感同步开关阻尼技术（SSDI技术）、电压同步开关阻尼技术（SSDV技术）和负电容同步开关阻尼技术（SSDNC技术）的控制电路集成到一起，实现部分电子元器件的使用共享，节约成本，提高器件的重复利用性和电路的稳定性；通过标准的接口使得本发明的控制装置与外部设备间的连接更方便与稳定；通过本发明控制装置的控制面板使得实验操作更为简单快捷。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置，包括电源模块和振动控制电路模块；其中所述电源模块将220V交流电分别转换为±45V和±12V的直流电给所述振动控制电路模块供电；所述振动控制电路模块包括开关电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元；其中，所述开关电路单元包括第一至第三接口、第一运算放大器、第一至第五电阻、第一至第二场效应管、第一至第四单刀双掷开关、第一至第二二极管；

其中，所述第一接口的两端分别与第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端接地，所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端分别与所述第一运算放大器的同相输入端连接；所述第二电阻的另一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端、第五电阻的一端分别与所述第一运算放大器的输出端连接； 

所述第三电阻的另一端连接所述电源模块的+12V输出；第四电阻的另一端与所述第一场效应管的栅极连接；第五电阻的另一端与第二场效应管的栅极连接；

所述第一至第四单刀双掷开关分别包括一个动触点和两个静触点；所述第一场效应管的漏极与第一二极管的阴极连接，所述第一场效应管的源极与第三单刀双掷开关的动触点连接；

所述第一二极管的阳极、第二二极管的阴极分别与第二接口的一端连接；

所述第二场效应管的漏极与第二二极管的阳极连接，所述第二场效应管的源极与第四单刀双掷开关的动触点连接；

所述第二接口的另一端与第一单刀双掷开关的动触点连接；所述第一单刀双掷开关的第一静触点接地，第二静触点与第二单刀双掷开关的动触点连接；

所述第二单刀双掷开关的第一静触点与负电容单元连接，第二静触点分别与第三接口的一端、电感单元连接，所述第三接口的另一端接地；

所述第三、第四单刀双掷开关的第一静触点分别连接所述电压源单元，所述第三、第四单刀双掷开关的第二静触点分别连接所述第三接口的接地端；

所述第一接口连接外部计算机，用于接收外部计算机发出的开关切换信号；所述第二接口连接外部压电元件，用于接收压电元件由于应变产生的电压信号；