学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

压电馈能式半主动液压阻尼器研究

作 者: 彭少锋
导 师: 唐可洪; 阚君武
学 校: 吉林大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 压电发电?变阻尼?振动控制?AMESim仿真?液压阻尼器
分类号: TB535
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 140次
引 用: 1次
阅 读: 论文下载
?

内容摘要


压电陶瓷以其出力大、响应快、无电磁干扰、能耗低、易于控制等优势而被广泛用于航空航天/机械/汽车/建筑等领域。近年来,随着对压电材料应用研究的深入与扩展,一些基于压电材料的新理论和新技术得到了进一步的发展与推广应用。在分析、总结国内外相关技术的研究进展及应用现状的基础上,本文提出了一种基于压电振动能量回收技术的新型压电馈能式半主动液压阻尼器。利用压电发电、压电驱动与控制、液压振动控制等相关技术,通过压电材料回收振动能量发电,并将其用于驱动压电阻尼阀调节系统阻尼,从而实现自供能的振动抑制。分析压电馈能式半主动液压阻尼器的原理及其系统构成,并提出了两种实现方案。针对压电晶片馈能式半主动液压阻尼器的结构方案,采用理论研究、仿真分析及试验验证等方法,对其阻尼调节与控制单元、发电单元、电能提取与存储单元等进行了相关的研究与探索。具体研究内容如下:1、分析了压电馈能式半主动液压阻尼器的研究背景、特点及应用前景,并对其所涉及的压电发电技术、压电驱动与控制技术、液压振动控制技术等的国内外研究现状以及三者之间的技术融合情况进行了研究与总结。2、结合工程流体力学、压电学等相关理论,研究了压电馈能式半主动液压阻尼器原理并提出了两种实现方案。以压电晶片馈能式半主动液压阻尼器为研究对象,对其能量的供需情况进行了理论分析,建立了其能量供需平衡方程;选择锥阀作为流体阻尼调节阀,并且建立了其阻尼力与阀芯位移、阀口过流面积、压差等参数之间的数学模型;针对压电叠堆输出力大、输出位移小、无法满足锥阀阀芯开度范围的实际情况,提出了一种基于液压位移放大原理的新型压电驱动装置—压电液压作动器,建立了其输出位移与压电叠堆驱动电压、长度、面积、以及放大结构的尺寸参数等之间的物理函数模型;以汽车发动机隔振为例,建立了二自由度振动系统的运动学方程以及系统逆模型,为进一步仿真分析奠定了理论基础。3、在AMESim环境界面中,建立了压电液压作动器模型,通过仿真试验,研究影响其性能的主要因素并对其结构参数进行优化。以汽车发动机隔振为例,建立基于压电液压阻尼器的半主动振动控制系统的AMESim模型,并对其性能进行仿真研究。为验证仿真模型中控制算法的可实现性,搭建了以TMS320F2812为核心的电控单元,并利用基于matlab/simulink平台的DSP自动代码生成技术实现了仿真模型中控制算法程序代码的生成与下载。4、根据压电晶片馈能式半主动液压阻尼器的结构方案,提出了一种新型多阵子宽频带压电发电装置。建立了压电发电装置的数学模型,从理论上分析了其频带扩宽原理以及各个压电振子在不同的输出方式(不整流并联/串联/整流后再并联/串联)下的电压输出特性,并进行了试验验证。5、设计了基于同步开关能量回收原理的电能提取与存储单元,利用物理数学模型描述了同步开关一次启闭过程中压电元件两极板上的电荷的转移过程,进而建立了正弦激励下单个周期内压电振子平均输出功率的计算模型。设计了具有较好降噪、抗干扰能力的电压极值检测电路,搭建了以MSP430单片机为核心的电能提取与存储单元电路,并完成了程序编写、电路调试及试验测试。

全文目录


摘要??5-7
ABSTRACT??7-11
第1章 绪论??11-21
??1.1 课题研究的背景与意义??11-13
??1.2 与本文研究内容相关领域的研究现状??13-20
????1.2.1 基于压电材料的振动能量回收技术??13-17
????1.2.2 压电驱动技术与液压技术在振动控制领域中的应用??17-20
??1.3 本文研究的主要内容??20-21
第2章 压电馈能式半主动液压阻尼器原理与建模??21-37
??2.1 压电馈能式半主动液压阻尼器原理??21-22
??2.2 实现方案与能量分析??22-27
????2.2.1 实现方案分析??22-23
????2.2.2 能耗与发电量的关系分析??23-27
??2.3 阻尼阀形式的选择与分析??27-32
????2.3.1 常用流体阻尼结构的形式及其机理??27-31
????2.3.2 压电液压阻尼器阻尼阀形式选择及其阻尼力计算??31-32
??2.4 压电液压作动器??32-35
????2.4.1 压电驱动原理??33-34
????2.4.2 压电液压作动器原理与建模??34-35
??2.5 压电液压阻尼器建模??35-36
??2.6 本章小结??36-37
第3章 压电液压阻尼器仿真研究及其控制算法实现??37-53
??3.1 AMESim 仿真环境??37-38
??3.2 压电液压作动器的 AMESim 建模与仿真??38-43
????3.2.1 压电液压作动器的 AMESim 模型与响应特性??39-40
????3.2.2 压电叠堆长度、面积对压电液压作动器的输出位移的影响??40-41
????3.2.3 驱动叠堆长度、面积对压电液压作动器最大驱动力的影响??41-43
??3.3 压电液压阻尼器减振系统的建模与仿真??43-48
????3.3.1 控制系统设计??43-44
????3.3.2 振动控制系统的 AMESim 建模??44-45
????3.3.3 仿真结果分析??45-48
??3.4 振动控制系统控制算法的实现??48-52
????3.4.1 控制系统的实现方案??49-50
????3.4.2 面向 DSP 的 simulink 算法模型的建立??50-51
????3.4.3 控制算法的 DSP 代码自动生成与下载??51-52
??3.5 本章小结??52-53
第4章 压电发电单元及其输出特性??53-65
??4.1 压电能量回收基本理论??53-55
????4.1.1 压电材料与压电效应??53-54
????4.1.2 压电方程及相关参数??54-55
??4.2 压电发电单元的理论建模??55-56
??4.3 压电发电单元的电压输出特性分析??56-60
????4.3.1 两振子直接串/并联下的压电发电单元输出特性??57-58
????4.3.2 两振子分别整流再串/并联下的压电发电单元输出特性??58-60
??4.4 试验测试??60-63
??4.5 本章小结??63-65
第5章 电能提取与存储单元设计及试验??65-83
??5.1 同步开关能量回收(SSHI)技术??65-70
????5.1.1 SSHI 技术原理??65-66
????5.1.2 SSHI 电荷转移过程的数学描述??66-69
????5.1.3 SSHI 系统的输出??69-70
??5.2 基于 SSHI 技术的电能提取与存储单元硬件系统设计??70-75
????5.2.1 电能提取与存储单元的实现??70-71
????5.2.2 开关控制模块的实现??71-75
??5.3 软件系统设计??75-76
????5.3.1 开发调试环境简介??75-76
????5.3.2 程序设计??76
??5.4 电能提取与存储单元的试验测试??76-81
????5.4.1 试验系统的搭建??76-78
????5.4.2 实验系统的调试与结果分析??78-81
??5.5 本章小结??81-83
第6章 结论与展望??83-85
??6.1 结论??83-84
??6.2 展望??84-85
参考文献??85-89
附录??89-91
致谢??91

相似论文

  1. 建筑结构振动系统的多重叠分散控制方法,TP273
  2. Cymbal压电发电装置发电性能研究,TM919
  3. 磁致伸缩负刚度阻尼器设计研究,TU311.3
  4. 结构振动的逆系统预测控制,TU311.3
  5. 星载SAR天线智能结构动力学建模与分散化模糊振动控制研究,V443.1
  6. 多自由度动力吸振器的优化设计,TB535.1
  7. 轻型大跨结构人致振动特性研究及振动控制,TU311.3
  8. 钢结构通廊振动分析及减振设计,TU311.3
  9. 通廊转运站振动分析及减振设计,TU311.3
  10. 城市浅埋大跨隧道爆破振动监测与控制技术研究,U455.6
  11. 车辆制动力作用下飘浮体系桥梁振动控制研究,U441.3
  12. 滑移装载机工作装置减振系统设计与研究,TH243
  13. 自适应变频TMD减振技术及其在海上风电塔架减振中的应用研究,TU352.11
  14. 运载火箭的密频特性及其发动机隔振,V430
  15. 人致激励下大跨人行桥及楼盖随机振动及优化控制,U441.3
  16. 应用SMA拉索的高层钢结构振动控制研究,TB123
  17. 基于CAN总线的连铸结晶器振动控制装置的开发,TP273
  18. 风力机塔架侧振控制及双馈发电机滑模控制研究,TM315
  19. 大跨刚构—连续梁桥振动控制研究,U441.3
  20. 基于阻尼器与斜拉索耦合作用的试验研究,U441.3
  21. 滚子吸振器动力学分析及优化设计,TB535.1

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 振动、噪声及其控制 > 振动和噪声的控制及其利用
? 2012 www.xueweilunwen.com