一種基于同步開關阻尼技術的壓電半主動振動控制裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于同步開關阻尼技術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電路單元、電壓源單元、電感單元和負電容單元。本發明專利技術裝置通過控制面板上的接口與計算機以及貼設在待控結構上的壓電元件等設備連接，形成基于非線性同步開關阻尼半主動振動控制系統，能夠很好地實現短路同步開關阻尼技術SSDS、電感同步開關阻尼技術SSDI、電壓同步開關阻尼技術SSDV和負電容同步開關阻尼技術SSDNC等振動控制技術。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種結構振動控制裝置，尤其涉及一種多方法集成的同步開關阻尼技術的壓電半主動振動控制裝置。
技術介紹
壓電半主動控制方法是基于壓電主動和被動控制技術發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阻尼技術的半主動振動控制方法，這種方法也被稱為SSD技術(SSD Synchronized Switch Damping),在電路中串聯電感和開關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實現電壓翻轉，從而達到減振的目的。壓電主動控制具有較好地控制效果，但它的系統龐大復雜，系統的可靠性因而降低，難以實現小型化、輕量化；壓電被動控制比較簡單、易于實現，但缺點是電路中的電感和電阻參數對環境變化適應能力差。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簡單，僅僅開關工作需要外界能量，因此控制所要的外界能量很小，不需要精確的結構振動模型，且控制效果比較穩定，適合于寬頻帶振動控制。目前，基于非線性同步開關阻尼技術的半主動振動控制方法主要分為四種短路同步開關阻尼技術(SSDS技術)、電感同步開關阻尼技術(SSDI技術)、電壓同步開關阻尼技術(SSDV技術)和負電容同步開關阻尼技術(SSDNC技術)。在以往的研究中，為了利用上述四種半主動振動控制技術實現結構的振動控制，都需要臨時搭建模擬電路，電路的穩定性差，與計算機等外部設備的連接沒有標準的接口，操作較為復雜，并且針對不同的控制技術間的切換，需要大范圍地更換電子元器件，器件的可重復利用性較低；另外，臨時搭建的電路可保存性較差。
技術實現思路
針對上述現有技術，本專利技術要解決的技術問題是利用非線性同步開關阻尼技術，提供一種基于同步開關阻尼技術的壓電半主動振動控制裝置。該同步開關阻尼技術的壓電半主動振動控制裝置能夠將短路同步開關阻尼技術(SSDS技術)、電感同步開關阻尼技術(SSDI技術)、電壓同步開關阻尼技術(SSDV技術)和負電容同步開關阻尼技術(SSDNC技術)的控制電路集成到一起，實現部分電子元器件的使用共享，節約成本，提高器件的重復利用性和電路的穩定性；通過標準的接口使得本專利技術的控制裝置與外部設備間的連接更方便與穩定；通過本專利技術控制裝置的控制面板使得實驗操作更為簡單快捷。為解決上述技術問題，本專利技術的一種基于同步開關阻尼技術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電路單元、電壓源單元、電感單元和負電容單元；其中，所述開關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、第一至第二場效應管、第一至第四單刀雙擲開關、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管的柵極連接；第五電阻的另一端與第二場效應管的柵極連接； 所述第一至第四單刀雙擲開關分別包括一個動觸點和兩個靜觸點；所述第一場效應管的漏極與第一二極管的陰極連接，所述第一場效應管的源極與第三單刀雙擲開關的動觸點連接； 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； 所述第二場效應管的漏極與第二二極管的陽極連接，所述第二場效應管的源極與第四單刀雙擲開關的動觸點連接； 所述第二接口的另一端與第一單刀雙擲開關的動觸點連接；所述第一單刀雙擲開關的第一靜觸點接地，第二靜觸點與第二單刀雙擲開關的動觸點連接； 所述第二單刀雙擲開關的第一靜觸點與負電容單元連接，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，用于接收外部計算機發出的開關切換信號；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變產生的電壓信號； 當所述開關電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達到正向極值時，所述第二接口、第一二極管、第一場效應管所在支路導通；當所述開關電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達到反向極值時，所述第二接口、第二二極管、第二場效應管所在支路導通； 當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現短路同步開關阻尼技術； 當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關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，實現電感同步開關阻尼技術； 當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現電壓同步開關阻尼技術； 當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現負電容同步開關阻尼技術。作為本專利技術的改進，所述開關電路單元還包括第五、第六接口、第五雙刀單擲開關；其中，所述第五雙刀單擲開關的一端分別連接第一、第二場效應管的源極，第五雙刀單擲開關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電壓，第六接口連接外部正電壓，當所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接、所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接，同時將第五雙刀單擲開關閉合，同時將第五雙刀單擲開關閉合，實現電壓同步開關阻尼技術。作為本專利技術的進一步改進，還包括控制面板；所述控制面板包括第一至第五標準同軸電纜連接器接頭、第一至第五開關、第一至第四可變電阻旋鈕和第一、第二外接電感接口 ；所述第一標準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；第二標準同軸電纜連接器接頭與所述電路模塊中的第一接口連接，將外部計算機發出的開關切換信號輸入到所述電路模塊中；第三標準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；第四接標準同軸電纜連接器接頭連接所述電路模塊中的第五接口，用于將外部負電壓輸入到所述電路模塊中的第一場效應管的源極；第五標準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管的源極；所述第一至第五開關分別對應電路模塊中的第一至第四單刀雙擲開關和第五雙刀單擲 開關，用于選擇控制裝置的工本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于同步開關阻尼技術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電路單元、電壓源單元、電感單元和負電容單元；其中，所述開關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、第一至第二場效應管、第一至第四單刀雙擲開關、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管的柵極連接；第五電阻的另一端與第二場效應管的柵極連接；所述第一至第四單刀雙擲開關分別包括一個動觸點和兩個靜觸點；所述第一場效應管的漏極與第一二極管的陰極連接，所述第一場效應管的源極與第三單刀雙擲開關的動觸點連接；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；所述第二場效應管的漏極與第二二極管的陽極連接，所述第二場效應管的源極與第四單刀雙擲開關的動觸點連接；所述第二接口的另一端與第一單刀雙擲開關的動觸點連接；所述第一單刀雙擲開關的第一靜觸點接地，第二靜觸點與第二單刀雙擲開關的動觸點連接；所述第二單刀雙擲開關的第一靜觸點與負電容單元連接，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，用于接收外部計算機發出的開關切換信號；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變產生的電壓信號；?當所述開關電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達到正向極值時，所述第二接口、第一二極管、第一場效應管所在支路導通；當所述開關電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達到反向極值時，所述第二接口、第二二極管、第二場效應管所在支路導通；當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現短路同步開關阻尼技術；當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關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，實現電感同步開關阻尼技術；當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現電壓同步開關阻尼技術；當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現負電容同步開關阻尼技術。...

【技術特征摘要】
1.一種基于同步開關阻尼技術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電路單元、電壓源單元、電感單元和負電容單元；其中，所述開關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、第一至第二場效應管、第一至第四單刀雙擲開關、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管的柵極連接；第五電阻的另一端與第二場效應管的柵極連接； 所述第一至第四單刀雙擲開關分別包括一個動觸點和兩個靜觸點；所述第一場效應管的漏極與第一二極管的陰極連接，所述第一場效應管的源極與第三單刀雙擲開關的動觸點連接； 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； 所述第二場效應管的漏極與第二二極管的陽極連接，所述第二場效應管的源極與第四單刀雙擲開關的動觸點連接； 所述第二接口的另一端與第一單刀雙擲開關的動觸點連接；所述第一單刀雙擲開關的第一靜觸點接地，第二靜觸點與第二單刀雙擲開關的動觸點連接； 所述第二單刀雙擲開關的第一靜觸點與負電容單元連接，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，用于接收外部計算機發出的開關切換信號；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變產生的電壓信號； 當所述開關電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達到正向極值時，所述第二接口、第一二極管、第一場效應管所在支路導通；當所述開關電路單元的第二接口連接的外部壓電元件因振動位移達到反向極值時，所述第二接口、第二二極管、第二場效應管所在支路導通； 當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第一靜觸點連接時，實現短路同步開關阻尼技術； 當所述第三單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、第四單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第一單刀雙擲開關的動觸點與其第二靜觸點連接、所述第二單刀雙擲開關的動觸點與其第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：季宏麗，裘進浩，吳義鵬，張錦，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：