一个换能器件,当兼有传感和执行两种功能时可称之为自感知执行器(self-sensing actuator,简记为SSA)。其优点在于可真正实现传感器和执行器的同位配置、提高控制稳定度、减小系统体积和重量,在结构的振动主动控制、故障诊断、系统辨识及MEMS技术中有着广泛的应用前景。 目前,压电SSA是自感知执行器研究领域最为关注的一种,国内外对压电SSA的研究主要侧重于对其具体解耦方法的研究,常用的解耦方法有桥路法和观测器法,本文提出了空分复用解耦法。研究目标如下:(1)使空分复用压电SSA既是位移的执行器,又是位移的传感器;(2)把空分复用压电SSA应用于柔性悬臂梁结构的振动主动控制。 本文从理论和应用两个方面对空分复用解耦方法进行了研究。主要工作如下:(1)利用压电换能器的双向换能器理论,阐述了空分复用压电SSA的实现原理。(2)建立了空分复用压电SSA实际的等效电路,并采用PSpice软件进行了电路仿真,结果启示:可以通过采取措施减小寄生电容来抑制静电耦合。(3)运用ANSYS软件进行了所用悬臂梁结构的动力学分析,结果表明:梁上各点的频响特性基本一致。(4)采用光刻技术制作了空分复用方式的压电SSA,实验证明其同时具有执行器和传感器两种功能;针对存在静电耦合的情况,利用悬臂梁存在反谐振点的特性,提出了定量测量静电耦合的方法。(5)在LabView软件环境下,采用ARX模型编程实现了压电梁的系统辨识;根据辨识结果设计了PID控制器,最终应用于铝悬臂梁的扰动振动主动控制中。结果表明:通过合理分割电极为传感区和执行区来实现自感知执行的压电SSA,能有效地对悬臂梁的振动状态进行检测和控制。