專利名稱：一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)振動控制裝置，尤其涉及一種多方法集成的同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置。
背景技術(shù)：
壓電半主動控制方法是基于壓電主動和被動控制技術(shù)發(fā)展起來的一種新的振動控制方法，目前正得到廣泛地研究。具有代表性的是一種基于非線性同步開關(guān)阻尼技術(shù)的半主動振動控制方法，這種方法也被稱為SSD技術(shù)(SSD Synchronized Switch Damping),在電路中串聯(lián)電感和開關(guān)等一些簡單的電子元件使得壓電元件上的電能被快速消耗或?qū)崿F(xiàn)電壓翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到減振的目的。壓電主動控制具有較好地控制效果，但它的系統(tǒng)龐大復(fù)雜，系統(tǒng)的可靠性因而降低，難以實現(xiàn)小型化、輕量化；壓電被動控制比較簡單、易于實現(xiàn)，但缺點是電路中的電感和電阻參數(shù)對環(huán)境變化適應(yīng)能力差。與壓電被動、主動控制方法相t匕，壓電半主動振動方法的控制系統(tǒng)簡單，僅僅開關(guān)工作需要外界能量，因此控制所要的外界能量很小，不需要精確的結(jié)構(gòu)振動模型，且控制效果比較穩(wěn)定，適合于寬頻帶振動控制。目前，基于非線性同步開關(guān)阻尼技術(shù)的半主動振動控制方法主要分為四種短路同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDS技術(shù))、電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDI技術(shù))、電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDV技術(shù))和負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDNC技術(shù))。在以往的研究中，為了利用上述四種半主動振動控制技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的振動控制，都需要臨時搭建模擬電路，電路的穩(wěn)定性差，與計算機(jī)等外部設(shè)備的連接沒有標(biāo)準(zhǔn)的接口，操作較為復(fù)雜，并且針對不同的控制技術(shù)間的切換，需要大范圍地更換電子元器件，器件的可重復(fù)利用性較低；另外，臨時搭建的電路可保存性較差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是利用非線性同步開關(guān)阻尼技術(shù)，提供一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置。該同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置能夠?qū)⒍搪吠介_關(guān)阻尼技術(shù)(SSDS技術(shù))、電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDI技術(shù))、電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDV技術(shù))和負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDNC技術(shù))的控制電路集成到一起，實現(xiàn)部分電子元器件的使用共享，節(jié)約成本，提高器件的重復(fù)利用性和電路的穩(wěn)定性；通過標(biāo)準(zhǔn)的接口使得本發(fā)明的控制裝置與外部設(shè)備間的連接更方便與穩(wěn)定；通過本發(fā)明控制裝置的控制面板使得實驗操作更為簡單快捷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置，包括電源模塊和振動控制電路模塊；其中所述電源模塊將220V交流電分別轉(zhuǎn)換為±45V和±12V的直流電給所述振動控制電路模塊供電；所述振動控制電路模塊包括開關(guān)電路單元、電壓源單元、電感單元和負(fù)電容單元；其中，所述開關(guān)電路單元包括第一至第三接口、第一運算放大器、第一至第五電阻、第一至第二場效應(yīng)管、第一至第四單刀雙擲開關(guān)、第一至第二二極管； 其中，所述第一接口的兩端分別與第一電阻的一端和第一運算放大器的反相輸入端連接，所述第一運算放大器的反相輸入端接地，所述第一電阻的另一端、第二電阻的一端分別與所述第一運算放大器的同相輸入端連接；所述第二電阻的另一端、第三電阻的一端、第四電阻的一端、第五電阻的一端分別與所述第一運算放大器的輸出端連接；
所述第三電阻的另一端連接所述電源模塊的+12V輸出；第四電阻的另一端與所述第一場效應(yīng)管的柵極連接；第五電阻的另一端與第二場效應(yīng)管的柵極連接；
所述第一至第四單刀雙擲開關(guān)分別包括一個動觸點和兩個靜觸點；所述第一場效應(yīng)管的漏極與第一二極管的陰極連接，所述第一場效應(yīng)管的源極與第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接；
所述第一二極管的陽極、第二二極管的陰極分別與第二接口的一端連接；
所述第二場效應(yīng)管的漏極與第二二極管的陽極連接，所述第二場效應(yīng)管的源極與第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接；
所述第二接口的另一端與第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接；所述第一單刀雙擲開關(guān)的第一靜觸點接地，第二靜觸點與第二單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接；
所述第二單刀雙擲開關(guān)的第一靜觸點與負(fù)電容單元連接，第二靜觸點分別與第三接口的一端、電感單元連接，所述第三接口的另一端接地；
所述第三、第四單刀雙擲開關(guān)的第一靜觸點分別連接所述電壓源單元，所述第三、第四單刀雙擲開關(guān)的第二靜觸點分別連接所述第三接口的接地端；
所述第一接口連接外部計算機(jī)，用于接收外部計算機(jī)發(fā)出的開關(guān)切換信號；所述第二接口連接外部壓電元件，用于接收壓電元件由于應(yīng)變產(chǎn)生的電壓信號；
當(dāng)所述開關(guān)電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達(dá)到正向極值時，所述第二接口、第一二極管、第一場效應(yīng)管所在支路導(dǎo)通；當(dāng)所述開關(guān)電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達(dá)到反向極值時，所述第二接口、第二二極管、第二場效應(yīng)管所在支路導(dǎo)通；
當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現(xiàn)短路同步開關(guān)阻尼技術(shù)；
當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接后與電感單元連接，或者通過第三接口與外接電感連接時，實現(xiàn)電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)；
當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現(xiàn)電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)；
當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現(xiàn)負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述開關(guān)電路單元還包括第五、第六接口、第五雙刀單擲開關(guān)；其中，所述第五雙刀單擲開關(guān)的一端分別連接第一、第二場效應(yīng)管的源極，第五雙刀單擲開關(guān)的另一端分別與第五、第六接口連接；所述第五接口連接外部負(fù)電壓，第六接口連接外部正電壓，當(dāng)所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接，同時將第五雙刀單擲開關(guān)閉合，同時將第五雙刀單擲開關(guān)閉合，實現(xiàn)電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括控制面板；所述控制面板包括第一至第五標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭、第一至第五開關(guān)、第一至第四可變電阻旋鈕和第一、第二外接電感接口 ；所述第一標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭與電路模塊中的第二接口連接，將采集到的壓電元件上的電壓信號輸入到所述電路模塊中；第二標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭與所述電路模塊中的第一接口連接，將外部計算機(jī)發(fā)出的開關(guān)切換信號輸入到所述電路模塊中；第三標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭與所述電路模塊中的第四接口連接，將外部電源信號輸入到所述電路模塊中；第四接標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭連接所述電路模塊中的第五接口，用于將外部負(fù)電壓輸入到所述電路模塊中的第一場效應(yīng)管的源極；第五標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭連接所述電路模塊中的第六接口，用于將外部正電壓輸入到所述電路模塊中的第二場效應(yīng)管的源極；所述第一至第五開關(guān)分別對應(yīng)電路模塊中的第一至第四單刀雙擲開關(guān)和第五雙刀單擲 開關(guān)，用于選擇控制裝置的工作模式；所述第一至第四可變電阻旋鈕分別連接所述第九、第十二、第十三、第十四電阻；所述第一、第二外接電感接口分別連接到所述電路模塊中的第三接口的兩端。作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述振動控制電路模塊和控制面板模塊的數(shù)量分別為η塊，η塊振動控制電路模塊和控制面板模塊封裝在一起，其中每個控制面板連接一個振動控制電路模塊，所述η個振動控制電路模塊由所述電源模塊進(jìn)行統(tǒng)一供電，實現(xiàn)多通道的同時工作，其中η為大于I的自然數(shù)。該同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置的控制面板、電路模塊、電源模塊能夠?qū)⒍搪吠介_關(guān)阻尼技術(shù)(SSDS技術(shù))、電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDI技術(shù))、電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDV技術(shù))和負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDNC技術(shù))的控制電路集成到一起。本發(fā)明的振動控制裝置實現(xiàn)了部分電子元器件的使用共享，節(jié)約成本，提高了器件的重復(fù)利用性和電路的穩(wěn)定性；并通過標(biāo)準(zhǔn)的接口使得控制裝置與外部設(shè)備間的連接更方便與穩(wěn)定；而且通過裝置的控制面板使得實驗操作更為簡單快捷。


圖1是同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置系統(tǒng) 圖2是開關(guān)電路單元電路和電壓源單元電路 圖3是電感單元電路和負(fù)電容單元電路 圖4是控制面板 圖5是懸臂梁結(jié)構(gòu)半主動振動控制系統(tǒng) 圖6是智能壁板結(jié)構(gòu)半主動振動控制系統(tǒng)圖。圖中標(biāo)號說明Ρ1-Ρ6為第一至第六接口，R1-R14為第一至第十四電阻，U1-U6為第一至第六運算放大器，D1、D2為第一、第二二極管，Q1、Q2為第一、第二場效應(yīng)管，Kl至K4為第一至第四單刀雙擲開關(guān)，K5為第五雙刀單擲開關(guān)，Cl、C2為第一、第二電容。
具體實施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖1所示，同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置包括電源模塊、電路模塊和控制面板三部分組成，電源模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為±45V和土 12V的直流電給電路模塊供電。其中電路模塊包括開關(guān)電路單元、電壓源單元、電感單元和負(fù)電容單元，開關(guān)電路單元包括第一、第二、第三、第五、第六接口，第一接口連接外部計算機(jī)，用于接收外部計算機(jī)發(fā)出的開關(guān)切換信號，第二接口連接外部壓電元件，用于接收壓電元件由于應(yīng)變產(chǎn)生的電壓信號，第三接口用于連接外部電感，第五和第六接口用于連接外部正、負(fù)電壓源。如圖2所示，開關(guān)電路單元包括第一、第二、第三、第五、第六接口 PU P2、P3、P5、P6,第一運算放大器Ul,第一、第二、第三、第四、第五電阻R1、R2、R3、R4、R5,第一、第二二極管Dl、D2，第一、第二場效應(yīng)管Ql、Q2，第一、第二、第三、第四單刀雙擲開關(guān)K1、K2、K3、K4，第五雙刀單擲開關(guān)K5。其中，第一場效應(yīng)管Ql為N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管，第二場效應(yīng)管Q2為P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管。第一接口 Pl分別與第一電阻Rl的一端和第一運算放大器Ul的反相輸入端連接，Ul的反相輸入端接地，Rl的另一端與Ul的同相輸入端連接。第二電阻R2的一端與Ul的同相輸入端連接，另一端與Ul的輸出端連接。第三電阻R3的一端與Ul的輸出端連接，另一端連接第二變壓器的+12V輸出端。第四電阻R4的一端與U4的輸出端連接，另一端與第一場效應(yīng)管Ql的柵極連接，Ql的漏極與第一二極管Dl的陰極連接，第一場效應(yīng)管Ql的源極與第三單刀雙擲開關(guān)K3的動觸點連接，第一二極管Dl的陽極與第二接口 P2的一端連接。第五電阻R5的一端與Ul的輸出端連接，另一端與第二場效應(yīng)管Q2的柵極連接，第二場效應(yīng)管Q2的漏極與第二二極管D2的陽極連接，第二場效應(yīng)管Q2的源極與第四單刀雙擲開關(guān)K4的動觸點連接，第二二極管D2的陰極與第二接口 P2的一端連接。P2的另一端與第一單刀雙擲開關(guān)Kl的動觸點連接。第一單刀雙擲開關(guān)Kl的第一靜觸點接地，第二靜觸點與第二單刀雙擲開關(guān)K2的動觸點連接。第二單刀雙擲開關(guān)K2的第一靜觸點與內(nèi)置負(fù)電容單元中的第四運算放大器的反向輸入端連接，第二靜觸點分別與第三接口 P3、內(nèi)置電感單元連接，P3的另一端接地，第三單刀雙擲開關(guān)K3的一個靜觸點和第四單刀雙擲開關(guān)K4的一個靜觸點與第三接口 P3的接地端連接。第五雙刀單擲開關(guān)K5的一端分別于第一、第二場效應(yīng)管Ql、Q2的源極連接，另一端分別于第五、第六接口 P5、P6連接。電壓源單元包括第二運算放大器U2、U3，第六、第七電阻R6、R7，第四接口 P4。其中第二運算放大器U2的同相輸入端接地，反相輸入端與第六電阻R6和第七電阻R7的一端連接，R6的另一端與U2的輸出端連接，U2的輸出端與第一單刀雙擲開關(guān)Kl的另一靜觸點連接。第二運算放大器U3的同相輸入端與第四接口 P4的一端連接，U3的反相輸入端與R7的另一端連接，第二運算放大器U3的輸出端與第二單刀雙擲開關(guān)K2的另一靜觸點和反相輸入端連接。第四接口 P4的另一端接地。如圖3所示，電感單元包括第三運算放大器U4、U5，第八、第九、第十、第十一電阻R8、R9、R10、R11，第一電容Cl。第三運算放大器U4的同相輸入端與第八電阻R8的一端連接，U4的反相輸入端與第十電阻RlO的一端連接，RlO的另一端與第三運算放大器U4的輸出端和第一電容Cl的一端連接。第三運算放大器U5的同相輸入端與第一電容Cl的另一端和第九電阻R9的一端連接，R9的另一端接地，U5的反相輸入端與第十一電阻Rll的一端和第三運算放大器U4的反相輸入端連接，Rll的另一端與第三運算放大器U5的輸出端連接，R8的另一端與U5的輸出端連接。負(fù)電容單元包括第四運算放大器U6，第二電容C2，第十二、十三、十四電阻R12、R13、R14。第四運算放大器U6的反相輸入端與第十二電阻R12的一端連接，R12的另一端與U6的輸出端連接，U6的同相輸入端與第二電容C2、第十三電阻R13和第十四電阻R14的一端連接，第二電容C2和第十三電阻R13的另一端連接并接地，R14的另一端與第四運算放大器U6的輸出端連接。如圖4所示，控制面板示意圖包括第一、第二、第三、第四、第五標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭(BNC接頭)B1、B2、B3、B4、B5，第一、第二、第三、第四、第五開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5，第一、第二、第三、第四旋鈕，對應(yīng)電路模塊中可變電阻1 9、1 12、1 13、1 14，第一、第二電感接口 L1、L2。第一標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭(BNC接頭)BI與電路模塊中的第 二接口 P2連接，將采集到的壓電元件上的電壓信號輸入到電路模塊中；第二標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭(BNC接頭)B2與電路模塊中的第一接口 Pl連接，將外部計算機(jī)發(fā)出的開關(guān)切換信號輸入到電路模塊中；第三標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭(BNC接頭)B3與電路模塊中的第四接口 P4連接，將外部電源信號輸入到電路模塊中；第四接標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭(BNC接頭)B4連接所述電路模塊中的第五接口 P5，用于將外部負(fù)電壓輸入到所述電路模塊中的第一場效應(yīng)管Ql的源極；第五接標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭(BNC接頭)B5連接電路模塊中的第六接口P6，用于將外部正電壓輸入到電路模塊中的第二場效應(yīng)管Q2的源極。第一至第五開Sf S5關(guān)分別對應(yīng)電路模塊中的第一至第四單刀雙擲開關(guān)Κ1 (4和第五雙刀單擲開關(guān)Κ5，用于選擇控制裝置的工作模式。第一至第四可變電阻旋鈕分別連接第九電阻R9、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14。第一、第二外接電感接口 L1、L2分別連接到電路模塊中的第三接口 Ρ3的兩端。利用本發(fā)明裝置，結(jié)合計算機(jī)控制系統(tǒng)和待控結(jié)構(gòu)上粘貼的壓電元件，可以搭建基于非線性同步開關(guān)阻尼技術(shù)的半主動振動控制系統(tǒng)。將壓電元件兩端接入到第一接頭BI，由計算機(jī)產(chǎn)生的開關(guān)切換信號接入到第二接頭Β2，即由電路模塊中第二接口 Ρ2接入壓電元件，第一接口 Pl輸入開關(guān)切換信號。開關(guān)切換信號為方波信號，通過第一運算放大器電路放大，從而對第一場效應(yīng)管Ql和第二場效應(yīng)管Q2工作進(jìn)行控制。當(dāng)?shù)谝贿\算放大器Ul的輸出為高電平時，第一場效應(yīng)管Ql所在的支路導(dǎo)通，即第二接口、第一二極管、第一場效應(yīng)管支路導(dǎo)通；當(dāng)?shù)谝贿\算放大器Ul的輸出為低電平時，第二場效應(yīng)管Q2所在的支路導(dǎo)通，即第二接口、第二二極管、第二場效應(yīng)管支路導(dǎo)通。在此基礎(chǔ)上，將所述開關(guān)電路單元的第二接口短接，或?qū)⑺鐾獠侩姼谢螂姼袉卧⑼獠侩娫椿蛲獠空?、?fù)電壓或電壓源單元、負(fù)電容單元接入開關(guān)電路單元，實現(xiàn)短路同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDS技術(shù))、電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDI技術(shù))、電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDV技術(shù))、負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDNC技術(shù))。實現(xiàn)短路同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDS技術(shù))的控制方法將第一開關(guān)SI左撥，第三、第四開關(guān)S3、S4右撥，對應(yīng)電路模塊中，第一、第三、第四單刀雙擲開關(guān)接地，此時可以實現(xiàn)SSDS技術(shù)。實現(xiàn)電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDI技術(shù))的控制方法可以采用內(nèi)置電感單元，也可以使用外接電感。將第一開關(guān)SI右撥，第二開關(guān)S2右撥，第三、第四開關(guān)S3、S4右撥，第五開關(guān)左撥，對應(yīng)電路模塊中第一單刀雙擲開關(guān)Kl與第二單刀雙擲開關(guān)K2第二動觸點連接，第二單刀雙擲開關(guān)K2與第三接口 P3的一端連接，第三和第四單刀雙擲開關(guān)K3、K4接地，第五雙刀單擲開關(guān)K5斷開，如果將電感的一端接入到第一電感接口 LI，另一端接入到第二電感接口 L2，即可實現(xiàn)SSDI技術(shù)，同時通過改變外界電感的大小可以實現(xiàn)控制效果的調(diào)節(jié)。如果將第一電感和第二電感接口 L1、L2短接，即可將內(nèi)置電感單元接入到控制電路中第三接口 P3的一端。在控制面板中，通過調(diào)節(jié)第一旋鈕，即調(diào)節(jié)第九電阻可以調(diào)節(jié)電感的大小。實現(xiàn)電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDV技術(shù))的控制方法有多種途徑提供電壓源。將第一開關(guān)SI左撥。在此基礎(chǔ)上，可以分別實現(xiàn)以下幾種SSDV控制方法。(一)第三、第四、開關(guān)S3、S4左撥、第五開關(guān)S5左撥，將外部電源產(chǎn)生的電壓信號接到第三接頭B3，對應(yīng)的即接入電路模塊中的第四接口 P4，第三、第四單刀雙擲開關(guān)K3、K4接入到電壓源單元，此時通過電壓源單元即可產(chǎn)生等大反向的電壓接入到控制電路中。(二)第三、第四開關(guān)S3、S4左撥，第五開關(guān)S5右撥，對應(yīng)的即雙刀單擲開關(guān)將第五、第六接口 Ρ5、Ρ6連接到電路，由外部提供等大反向的電壓信號分別接入第四接頭Β4和第五接頭Β5，對應(yīng)的即電壓分別接入 到電路模塊中的第五、第六接口 Ρ5、Ρ6，第五接口 Ρ5連接外部負(fù)電壓，第六接口 Ρ6連接外部正電壓。實現(xiàn)負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDNC技術(shù))的控制方法將控制面板上第一開關(guān)SI右撥，第二、第五開關(guān)S2、S5左撥，第三、第四開關(guān)S3、S4右撥，對應(yīng)電路模塊，負(fù)電容電路單元接入到開關(guān)電路中第二單刀雙擲開關(guān)第一靜觸點一端，第三、第四單刀雙擲開關(guān)Κ3、Κ4接入到第三接口 Ρ3處，此時可以實現(xiàn)SSDNC控制技術(shù)。通過調(diào)節(jié)控制面板第二、三、四旋鈕，即負(fù)電容單元中的第十二、十三、十四可變電阻，可以實現(xiàn)負(fù)電容大小和偏置的調(diào)節(jié)，從而得到最佳的振動控制效果。如圖5所示，利用該發(fā)明裝置對懸臂梁的一階振動模態(tài)進(jìn)行控制。將電源模塊、電路模塊和控制面板等部分組合到一起，制作成半主動振動控制裝置。將壓電元件兩端的電壓信號輸入到第一接頭BI，在懸臂梁的末端利用激光位移傳感器采集其位移信號，輸入到計算機(jī)控制系統(tǒng)中，由計算機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生開關(guān)切換信號接入到第二接頭Β2。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)懸臂梁一階振動模態(tài)的控制。例如利用負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDNC技術(shù))控制方法的具體操作如下第一、第三、第四開關(guān)S1、S3、S4右撥，第二、第五開關(guān)S2、S5均左撥。通過調(diào)節(jié)第二、第三、第四旋鈕可以調(diào)整系統(tǒng)的控制效果。系統(tǒng)的控制原理如下激光位移傳感器采集得到懸臂梁末端位移信號，經(jīng)計算機(jī)控制系統(tǒng)處理得到方波信號，將方波信號輸入到同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置中，控制裝置中的開關(guān)電路單元電路可以實現(xiàn)選擇性的通斷，當(dāng)結(jié)構(gòu)位移達(dá)到正向極值時，第一二極管Dl所在支路導(dǎo)通，當(dāng)位移達(dá)到反向極值時，第二二極管D2所在支路導(dǎo)通。壓電元件在大部分情況下都是斷開的，只有當(dāng)位移達(dá)到極值時由于開關(guān)電路的通斷，壓電元件兩端的電壓會實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，通過保持壓電元件產(chǎn)生的作動力始終與結(jié)構(gòu)的位移速度反向，即可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的振動控制。同樣，通過控制面板上開關(guān)等選項的選擇和調(diào)整，控制裝置也可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的短路同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDS技術(shù))、電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDI技術(shù))、電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)(SSDV技術(shù))振動控制。如圖6所示，為智能壁板結(jié)構(gòu)的多模態(tài)振動控制系統(tǒng)。同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置將結(jié)構(gòu)相同的3個電路模塊和3個控制面板模塊封裝在一起的，一個控制面板連接一個電路模塊，實現(xiàn)多通道的同時工作。為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的多模態(tài)振動半主動控制，將控制盒擴(kuò)展為多路結(jié)構(gòu)。擴(kuò)展時，電源模塊為多路電路單元同時供電，將電路模塊和控制面板模塊做多份，并將其并列放置在控制盒中。為了是實現(xiàn)對智能壁板結(jié)構(gòu)的某三階共振頻率的振動進(jìn)行抑制，采用三個壓電元件作為驅(qū)動器，壓電元件1、壓電元件2和壓電元件3 ;利用壓電元件4作為傳感器，采集壁板振動的位移信號，輸入到計算機(jī)控制系統(tǒng)中，計算機(jī)控制系統(tǒng)針對信號進(jìn)行處理，得到不同共振頻率下對應(yīng)的開關(guān)切換信號，開關(guān)切換信號1、開關(guān)切換信號2和開關(guān)切換信號3，將開關(guān)切換信號分別輸入到對應(yīng)的控制電路模塊中。利用控制盒中的電路，通過調(diào)整開關(guān)等控制面板選項，可以實現(xiàn)對壁板結(jié)構(gòu)的多模態(tài)振動SSDS、SSD1、SSDV、SSDNC技術(shù)的振動控制。同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置還可以將結(jié)構(gòu)相同的η個電路模塊和η個控制面板模塊封裝在一起的，一個控制面板連接一個電路模塊，η個電路模塊由所述電壓源模塊進(jìn)行統(tǒng)一供電，實現(xiàn)多通道的同時工作。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置，包括電源模塊和振動控制電路模塊；其中所述電源模塊將220V交流電分別轉(zhuǎn)換為±45V和±12V的直流電給所述振動控制電路模塊供電；其特征在于所述振動控制電路模塊包括開關(guān)電路單元、電壓源單元、電感單元和負(fù)電容單元；其中，所述開關(guān)電路單元包括第一至第三接口、第一運算放大器、第一至第五電阻、第一至第二場效應(yīng)管、第一至第四單刀雙擲開關(guān)、第一至第二二極管； 其中，所述第一接口的兩端分別與第一電阻的一端和第一運算放大器的反相輸入端連接，所述第一運算放大器的反相輸入端接地，所述第一電阻的另一端、第二電阻的一端分別與所述第一運算放大器的同相輸入端連接；所述第二電阻的另一端、第三電阻的一端、第四電阻的一端、第五電阻的一端分別與所述第一運算放大器的輸出端連接； 所述第三電阻的另一端連接所述電源模塊的+12V輸出；第四電阻的另一端與所述第一場效應(yīng)管的柵極連接；第五電阻的另一端與第二場效應(yīng)管的柵極連接； 所述第一至第四單刀雙擲開關(guān)分別包括一個動觸點和兩個靜觸點；所述第一場效應(yīng)管的漏極與第一二極管的陰極連接，所述第一場效應(yīng)管的源極與第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接； 所述第一二極管的陽極、第二二極管的陰極分別與第二接口的一端連接； 所述第二場效應(yīng)管的漏極與第二二極管的陽極連接，所述第二場效應(yīng)管的源極與第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接； 所述第二接口的另一端與第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接；所述第一單刀雙擲開關(guān)的第一靜觸點接地，第二靜觸點與第二單刀雙擲開關(guān)的動觸點連接； 所述第二單刀雙擲開關(guān)的第一靜觸點與負(fù)電容單元連接，第二靜觸點分別與第三接口的一端、電感單元連接，所述第三接口的另一端接地； 所述第三、第四單刀雙擲開關(guān)的第一靜觸點分別連接所述電壓源單元，所述第三、第四單刀雙擲開關(guān)的第二靜觸點分別連接所述第三接口的接地端； 所述第一接口連接外部計算機(jī)，用于接收外部計算機(jī)發(fā)出的開關(guān)切換信號；所述第二接口連接外部壓電元件，用于接收壓電元件由于應(yīng)變產(chǎn)生的電壓信號； 當(dāng)所述開關(guān)電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達(dá)到正向極值時，所述第二接口、第一二極管、第一場效應(yīng)管所在支路導(dǎo)通；當(dāng)所述開關(guān)電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達(dá)到反向極值時，所述第二接口、第二二極管、第二場效應(yīng)管所在支路導(dǎo)通； 當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現(xiàn)短路同步開關(guān)阻尼技術(shù)； 當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接后與電感單元連接，或者通過第三接口與外接電感連接時，實現(xiàn)電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)； 當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現(xiàn)電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)； 當(dāng)所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現(xiàn)負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置，其特征在于所述開關(guān)電路單元還包括第五、第六接口、第五雙刀單擲開關(guān)；其中，所述第五雙刀單擲開關(guān)的一端分別連接第一、第二場效應(yīng)管的源極，第五雙刀單擲開關(guān)的另一端分別與第五、第六接口連接；所述第五接口連接外部負(fù)電壓，第六接口連接外部正電壓，當(dāng)所述第一單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、所述第三單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接、第四單刀雙擲開關(guān)的動觸點與其第一靜觸點連接，同時將第五雙刀單擲開關(guān)閉合，實現(xiàn)電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置，其特征在于還包括控制面板；所述控制面板包括第一至第五標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭、第一至第五開關(guān)、第一至第四可變電阻旋鈕和第一、第二外接電感接口 ；所述第一標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭與電路模塊中的第二接口連接，將采集到的壓電元件上的電壓信號輸入到所述電路模塊中；第二標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭與所述電路模塊中的第一接口連接，將外部計算機(jī)發(fā)出的開關(guān)切換信號輸入到所述電路模塊中；第三標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭與所述電路模塊中的第四接口連接，將外部電源信號輸入到所述電路模塊中；第四接標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭連接所述電路模塊中的第五接口，用于將外部負(fù)電壓輸入到所述電路模塊中的第一場效應(yīng)管的源極；第五標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜連接器接頭連接所述電路模塊中的第六接口，用于將外部正電壓輸入到所述電路模塊中的第二場效應(yīng)管的源極；所述第一至第五開關(guān)分別對應(yīng)電路模塊中的第一至第四單刀雙擲開關(guān)和第五雙刀單擲開關(guān)，用于選擇控制裝置的工作模式；所述第一至第四可變電阻旋鈕分別連接所述第九、第十二、第十三、第十四電阻；所述第一、第二外接電感接口分別連接到所述電路模塊中的第三接口的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置，其特征在于所述振動控制電路模塊和控制面板模塊的數(shù)量分別為η塊，η塊振動控制電路模塊和控制面板模塊封裝在一起，其中每個控制面板連接一個振動控制電路模塊，所述η個振動控制電路模塊由所述電源模塊進(jìn)行統(tǒng)一供電，實現(xiàn)多通道的同時工作，其中η為大于I的自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于同步開關(guān)阻尼技術(shù)的壓電半主動振動控制裝置，包括電源模塊、電路模塊和控制面板三個部分，其中電路模塊包括開關(guān)電路單元、電壓源單元、電感單元和負(fù)電容單元。本發(fā)明裝置通過控制面板上的接口與計算機(jī)以及貼設(shè)在待控結(jié)構(gòu)上的壓電元件等設(shè)備連接，形成基于非線性同步開關(guān)阻尼半主動振動控制系統(tǒng)，能夠很好地實現(xiàn)短路同步開關(guān)阻尼技術(shù)SSDS、電感同步開關(guān)阻尼技術(shù)SSDI、電壓同步開關(guān)阻尼技術(shù)SSDV和負(fù)電容同步開關(guān)阻尼技術(shù)SSDNC等振動控制技術(shù)。
文檔編號G05D19/02GK103019268SQ20121050285
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者季宏麗, 裘進(jìn)浩, 吳義鵬, 張錦 申請人:南京航空航天大學(xué)