[发明专利]一种基于反激式变压器的压电半主动控制装置

说明书

本发明实施例公开了一种基于反激式变压器的压电半主动控制装置，涉及振动半主动控制技术领域，能够解决直流电压源电路构造复杂、不能与控制电路共地等问题，简化了自适应调节电压增幅大小的实现难度。本发明包括：压电元件粘贴在被控结构上并与振动半主动控制电路连接；振动半主动控制电路，用于控制压电元件两端的电压幅值及相位，振动半主动控制电路包括：一个反激式变压器、一个直流电压源、三个模拟电子开关和至少两个二极管；开关控制信号发生模块由微控制器和模拟开关驱动模块组成；其中，直流电压源用于向反激式变压器原边输入电能，反激式变压器用于向压电元件输入电能，输入电能的时序由模拟电子开关控制。本发明适用于半主动振动控制。

技术领域

本发明涉及振动半主动控制技术领域，尤其涉及一种基于反激式变压器的压电半主动控制装置。

背景技术

振动在自然界中普遍存在，但大多数的振动对结构有害。振动控制技术中的主动控制系统体积庞大且耗能多，被动控制环境适应能力较差，因此半主动控制在很多场合成为首选方案。其中，基于压电材料的半主动控制方法是在压电主动和被动控制技术的基础上发展起来的，具有代表性的是一种基于同步开关阻尼技术的半主动振动控制方法即SSD技术(SSD:Synchronized Switch Damping)。基于SSD技术的半主动振动控制方法又有很多种，其中最具有代表性的有三种：短路同步开关阻尼技术(SSDS)、电感同步开关阻尼技术(SSDI)和电压同步开关技术(SSDV)。

在上述的三种压电半主动振动控制方法中，SSDI技术比SSDS技术的振动控制效果好，当SSDV技术中选取合适的外加电压源的大小，其控制效果比SSDI技术又好很多，但若是外加电压源的选择不合理，则系统将会出现稳定性的问题。因此又在传统SSDV技术的基础上提出了改进的SSDV技术(Enhanced SSDV)，该方法能够根据结构振动幅值的大小实时改变外加电压源的电压大小，外加电压源的自适应优化提高了系统的鲁棒性，但是该技术中用于实现电压自适应的电路系统较为复杂，且为达到理想的振动控制效果可能需要输出电压很高的外加电压源。另外，SSDV中的直流电压源还存在电路构造复杂，不能与控制电路共地等技术问题难以完美解决。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于反激式变压器的压电半主动控制装置，能够解决目前的SSDV技术中存在的直流电压源电路构造复杂、不能与控制电路共地等问题，简化了自适应调节电压增幅大小的实现难度。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

主要的组成部分包括：压电元件、振动半主动控制电路和开关控制信号发生模块；所述压电元件粘贴在被控结构上并与振动半主动控制电路连接；所述振动半主动控制电路，用于控制所述压电元件两端的电压幅值及相位，所述振动半主动控制电路包括：一个反激式变压器、一个直流电压源、三个模拟电子开关和至少两个二极管；所述开关控制信号发生模块由微控制器和模拟开关驱动模块组成；其中，所述直流电压源用于向反激式变压器原边输入电能，所述反激式变压器用于向所述压电元件输入电能，输入电能的时序由所述模拟电子开关控制。

本发明实施例提供的基于反激式变压器的压电半主动控制装置，将压电元件粘贴在被控结构上并与振动半主动控制电路连接，作为驱动器控制结构的振动。振动半主动控制电路包含模拟电子开关以及一个高品质因数的反激式变压器，分别用于控制振动半主动控制电路的通断及原、副边电能转换。模拟电子开关包括一个电压翻转控制开关组以及一个能量注入控制开关。开关控制信号发生模块用于产生开关驱动模拟信号1与开关驱动模拟信号2并分别作用于电压翻转控制开关组以及能量注入控制开关。其中，开关驱动模拟信号2控制能量注入控制开关用于调节注入至反激式变压器中的电能量，开关驱动模拟信号1控制电压翻转控制开关组用于改变压电元件两端电压的幅值和相位，提高机电转换的能量以实现结构振动的最优控制功能。

本发明相较于目前的SSDV技术，能在使用相同电压大小外加电压源的条件下实现更好的振动控制效果，且相较于改进的SSDV技术存在直流电压源电路构造复杂，不能与控制电路共地等问题，从而简化了自适应调节电压增幅大小的实现难度。