實(shí)驗(yàn)名稱：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性測試與分析

測試目的：為了驗(yàn)證壓電MFC執(zhí)行器在包含固有頻率的寬頻帶內(nèi)是由于其受諧波驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械力激發(fā)了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性對(duì)其輸入-輸出關(guān)系的影響，導(dǎo)致其穩(wěn)態(tài)滯回曲線在驅(qū)動(dòng)電壓頻率范圍為20-50Hz時(shí)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和近似線性的現(xiàn)象。本文搭建了壓電MFC執(zhí)行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性測試實(shí)驗(yàn)裝置，利用諧波驅(qū)動(dòng)電壓頻率范圍為20-50Hz的掃頻信號(hào)，分別測試了外激和自激方式下壓電MFC執(zhí)行器柔性梁固有的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性，結(jié)合單自由度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程分析并解釋了導(dǎo)致壓電MFC執(zhí)行器的穩(wěn)態(tài)滯回曲線出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和近似線性現(xiàn)象的主要原因。

測試設(shè)備：ATA-2041高壓放大器、激振器、測振儀控制器、壓電MFC執(zhí)行器等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：壓電MFC執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性測試實(shí)驗(yàn)裝置圖：(a)原理框圖，(b)實(shí)物圖

壓電MFC執(zhí)行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性測試實(shí)驗(yàn)裝置的原理框圖和實(shí)物圖分別如圖1(a)和圖1(b)所示。實(shí)驗(yàn)過程為先利用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓頻率范圍為20-50Hz的諧波掃頻信號(hào)，由高壓放大器放大后作用到壓電MFC執(zhí)行器上，壓電MFC執(zhí)行器以自激方式產(chǎn)生具有結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的輸出位移將通過激光多普勒測振儀測得，并被實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集到計(jì)算機(jī)中。之后壓電MFC執(zhí)行器停止工作，將諧波掃頻信號(hào)由激振器功率放大器放大后作用到激振器上，通過激振器帶動(dòng)壓電MFC執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的外激方式對(duì)壓電MFC執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行測試。其中，外激方式是利用激振器的振動(dòng)作用來激發(fā)壓電MFC執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性，該方式可以有效避免壓電陶瓷矩形棒的遲滯特性和蠕變特性對(duì)壓電MFC執(zhí)行器輸出位移的作用，單獨(dú)分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性對(duì)輸入-輸出關(guān)系的影響。

?圖2：壓電MFC執(zhí)行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性頻譜圖：(a)外激方式，(b)自激方式

??實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

利用圖1(b)壓電MFC執(zhí)行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性測試實(shí)驗(yàn)裝置，測試壓電MFC執(zhí)行器在外激和自激方式作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性頻譜圖分別如圖2(a)和圖2(b)所示。根據(jù)圖2，壓電MFC執(zhí)行器在外激和自激方式作用下的固有頻率分別為38.8Hz和39.6Hz，測試結(jié)果相差0.8Hz。測試結(jié)果表明，壓電MFC執(zhí)行器的固有頻率與激勵(lì)方式無關(guān)，兩種測試方式均能夠有效激發(fā)壓電MFC執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性。根據(jù)圖2(a)，在激振器的驅(qū)動(dòng)電壓頻率范圍為20-50Hz時(shí)，外激方式因避免了壓電陶瓷矩形棒的遲滯特性和蠕變特性對(duì)壓電MFC執(zhí)行器輸出位移的作用，可以只考慮柔性梁的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性對(duì)壓電MFC執(zhí)行器輸入-輸出關(guān)系的影響，壓電MFC執(zhí)行器輸出位移的幅度和相位變化是由與系統(tǒng)固有頻率相關(guān)的振幅和相位滯后變化引起的。

高壓放大器推薦：ATA-2041

圖：ATA-2041高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇