安泰高壓放大器在錐形介電彈性體隔振性能驗證中的應用

　　實(shí)驗名稱(chēng)：基于逆整形的錐形介電彈性體隔振性能驗證

　　測試設備：高壓放大器、信號發(fā)生器、激光傳感器、錐形介電彈性體驅動(dòng)器、激振器、電腦等。

　　實(shí)驗過(guò)程：

　　圖1：基于逆整形控制的錐形介電彈性體主動(dòng)隔振系統示意圖

　　搭建如圖1所示的隔振系統，采用丙烯酸和碳膏制作錐形介電彈性體驅動(dòng)器，給與一定的預拉伸率和附加質(zhì)量。剛性支撐結構將介電彈性體驅動(dòng)器與激振器剛性連接，由信號發(fā)生器給出不同的激振信號，控制器為基于逆整形的主動(dòng)隔振控制器，控制器由平方根非線(xiàn)性補償器、PID反饋控制器和A-EID逆整形器組成?？刂菩盘柾ㄟ^(guò)高壓放大器進(jìn)行放大，以電壓信號的形式施加到錐形介電彈性體驅動(dòng)器上。由激光位移傳感器和數據采集裝置將輸出的位移信號同時(shí)反饋給電腦和控制器，反饋信號輸入控制器以形成反饋控制閉環(huán)，同時(shí)在電腦上顯示并等待處理分析，測試錐形介電彈性體驅動(dòng)器在施加控制前后的時(shí)域、頻域的響應曲線(xiàn)及位移傳遞系數曲線(xiàn)，以評估系統的減振性能并對比分析。

　　實(shí)驗結果：

　　圖2：主動(dòng)隔振系統對5Hz單頻諧振的隔振效果（a)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的隔振效果比較；b)兩種主動(dòng)控制方法的隔振效果比較）

　　驗證系統對于單頻諧波振動(dòng)的隔振性能，諧波振動(dòng)在往復式機械設備和不平衡的電動(dòng)機中很常見(jiàn)，其振動(dòng)頻率通常與運行速度有關(guān)。將錐形介電彈性體執行器放置在激振器和7.1g的負載質(zhì)量之間，激振器向基座施加幅值為1mm，頻率分別為5Hz，15Hz，20Hz的單頻正弦信號，控制器向DEA施加主動(dòng)控制，測量負載質(zhì)量的運動(dòng)位移以評估系統的主動(dòng)隔振效果。如圖2所示，對于5Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動(dòng)隔振控制的系統振動(dòng)幅值為1.03mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動(dòng)幅值為0.092mm，振動(dòng)在被動(dòng)隔振的基礎上降低了91.07%，基于A(yíng)-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動(dòng)幅值為0.089mm，振動(dòng)降低了91.36%，兩種隔振效果差別不大。

　　圖3：系統對15Hz單頻諧振的隔振效果（a)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的隔振效果比較；b)兩種主動(dòng)控制方法的隔振效果比較）

　　如圖3所示，對于15Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動(dòng)隔振控制的系統振動(dòng)幅值為1.37mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動(dòng)幅值為0.031mm，振動(dòng)在被動(dòng)隔振的基礎上降低了97.74%，基于A(yíng)-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動(dòng)幅值為0.012mm，振動(dòng)降低了99.12%，基于A(yíng)-EID逆整形的PID反饋控制幾乎完全隔離了振動(dòng)。如圖4所示，對于20Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動(dòng)隔振控制的系統振動(dòng)幅值為1.93mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動(dòng)幅值為0.023mm，振動(dòng)在被動(dòng)隔振的基礎上降低了98.81%，基于A(yíng)-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動(dòng)幅值為0.003mm，振動(dòng)降低了99.84%，基于A(yíng)-EID逆整形的PID反饋控制幾乎完全隔離了振動(dòng)。

　　圖4：系統對20Hz單頻諧振的隔振效果（a)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的隔振效果比較；b)兩種主動(dòng)控制方法的隔振效果比較）

　　驗證系統對于線(xiàn)性時(shí)變振動(dòng)的隔振性能，將錐形介電彈性體執行器放置在激振器和7.1g的負載質(zhì)量之間，激振器向基座施加幅值為1mm，頻率在5-30Hz范圍內按1Hz?s的掃頻速率線(xiàn)性增加的正弦掃頻信號，控制器向DEA施加主動(dòng)控制，測量負載質(zhì)量的運動(dòng)位移以評估系統的主動(dòng)隔振效果。如圖5所示，相較于單獨的PID反饋控制，基于A(yíng)-EID逆整形的PID反饋控制在整個(gè)掃頻頻段的隔振效果更好，尤其在DEA的共振區附近的振動(dòng)隔離能力最強。

　　圖5：系統對掃頻信號的隔振效果（a)主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振的隔振效果比較；b)兩種主動(dòng)控制方法的隔振效果比較）

　　高壓放大器推薦：ATA-7025

　　圖：ATA-7025高壓放大器指標參數

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