實驗名稱：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(qū)動器、激振器、電腦等。

實驗過程：

圖1：基于逆整形控制的錐形介電彈性體主動隔振系統(tǒng)示意圖

搭建如圖1所示的隔振系統(tǒng)，采用丙烯酸和碳膏制作錐形介電彈性體驅(qū)動器，給與一定的預拉伸率和附加質(zhì)量。剛性支撐結(jié)構(gòu)將介電彈性體驅(qū)動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隔振控制器，控制器由平方根非線性補償器、PID反饋控制器和A-EID逆整形器組成。控制信號通過高壓放大器進行放大，以電壓信號的形式施加到錐形介電彈性體驅(qū)動器上。由激光位移傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置將輸出的位移信號同時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)，同時在電腦上顯示并等待處理分析，測試錐形介電彈性體驅(qū)動器在施加控制前后的時域、頻域的響應曲線及位移傳遞系數(shù)曲線，以評估系統(tǒng)的減振性能并對比分析。

實驗結(jié)果：

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

驗證系統(tǒng)對于單頻諧波振動的隔振性能，諧波振動在往復式機械設備和不平衡的電動機中很常見，其振動頻率通常與運行速度有關。將錐形介電彈性體執(zhí)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施加主動控制，測量負載質(zhì)量的運動位移以評估系統(tǒng)的主動隔振效果。如圖2所示，對于5Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動隔振控制的系統(tǒng)振動幅值為1.03mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.092mm，振動在被動隔振的基礎上降低了91.07%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.089mm，振動降低了91.36%，兩種隔振效果差別不大。

圖3：系統(tǒng)對15Hz單頻諧振的隔振效果（a)主動隔振和被動隔振的隔振效果比較；b)兩種主動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，未施加主動隔振控制的系統(tǒng)振動幅值為1.37mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.031mm，振動在被動隔振的基礎上降低了97.74%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.012mm，振動降低了99.12%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制幾乎完全隔離了振動。如圖4所示，對于20Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動隔振控制的系統(tǒng)振動幅值為1.93mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.023mm，振動在被動隔振的基礎上降低了98.81%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.003mm，振動降低了99.84%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制幾乎完全隔離了振動。

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

驗證系統(tǒng)對于線性時變振動的隔振性能，將錐形介電彈性體執(zhí)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(nèi)按1Hz?s的掃頻速率線性增加的正弦掃頻信號，控制器向DEA施加主動控制，測量負載質(zhì)量的運動位移以評估系統(tǒng)的主動隔振效果。如圖5所示，相較于單獨的PID反饋控制，基于A-EID逆整形的PID反饋控制在整個掃頻頻段的隔振效果更好，尤其在DEA的共振區(qū)附近的振動隔離能力最強。

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

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審核編輯 黃宇