[发明专利]一种振动压电俘能系统耦合建模方法

摘要

本发明属于压电材料振动发电领域，公开了一种振动压电俘能系统耦合建模方法，具体包括以下步骤：(S1)根据机械量和电学量之间的对等类比关系，建立压电发电结构的等效电学模型；(S2)建立压电发电结构的有限元模型，估计上述等效电学模型参数；(S3)将压电发电结构的寄生电容和接口电路等效为一个电阻抗；(S4)将压电发电结构的等效电学模型和上述等效电阻抗相连接，建立振动压电俘能系统的耦合模型。本发明的优点是：一、适用于任意形状的悬臂梁压电发电结构；二、计算过程简单、计算量小；三、可以对压电发电结构和接口电路进行同时优化。

主权项

1.一种振动压电俘能系统耦合建模方法，其特征在于：包括以下步骤，(S1)根据机械量和电学量之间的对等类比关系，建立压电发电结构的等效电学模型；具体为：(S11)将压电发电结构简化为一个由等效质量、等效阻尼、等效刚度以及机电耦合单元构成的单自由度压电振子模型；(S12)根据机械量和电学量之间的对应类比关系，将等效质量对应电感、等效阻尼对应电阻、等效刚度对应电容、振动速度对应等效电流；具体过程为：等效质量M_eq对应电感L、等效阻尼C_eq对应电阻R、等效刚度K_eq对应电容C、振动速度对应等效电流i_eq，上述对应关系如下，其中α表示是压电发电结构的力‑压耦合因子；(S13)建立压电发电结构的等效电学模型；(S2)建立压电发电结构的有限元模型，估计等效电学模型参数；(S21)采用有限元软件建立压电发电结构的有限元模型；(S22)通过设置短路边界条件，估计短路特征频率；通过设置开路边界条件，估计开路特征频率；通过施加直流电压，估计产生的输出总电荷；通过在自由端施加作用力，估计开路输出电压；(S23)根据短路特征频率、开路特征频率、总电荷、开路输出电压分别计算等效电学模型的电感、电阻、电容、电压源参数；(S3)将压电发电结构的寄生电容和接口电路等效为一个电阻抗，其大小等于接口电路两端电压除以流入电流；(S4)将压电发电结构的等效电学模型与所述步骤(S3)中的等效电阻抗相连接，建立振动压电俘能系统的耦合模型。