光控电流变阻尼装置设计及其变阻尼特性研究

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利用电流变液设计制作的电流变阻尼器以其调控方便、可主动控制、响应快速等优点,在工程领域有大量的文献报道和应用。现有的电流变阻尼器均利用外部升压电路提供高值电场,不但结构复杂,且容易引入电磁干扰。因此,基于PLZT陶瓷在紫外光源激励下的反常光生伏特效应,提出光控电流变阻尼装置。与传统电流变阻尼器相比,利用PLZT陶瓷作为供电源,适用于在洁净空间或真空等独立工作环境下的远程非接触操作,具有驱动清洁、无线能量传输、可光控、无电磁干扰等优点,为电流变阻尼装置提供了一种新型的光控阻尼方式,具有一定的工程研究价值。在对PLZT陶瓷多物理场耦合下光致电压机理总结研究的基础上,提出PLZT陶瓷无负载时静态电压的简化表达式;对PLZT陶瓷等效电学模型进行修正,得到外接负载时PLZT陶瓷驱动电压表达式;对驱动电压的相关影响因素如光强、铜箔极板间距和铜箔极板长度开展理论分析和实验验证。对圆形阻尼通道内的电流变液进行流体动力学建模,推导出阻尼通道两端压强差与PLZT陶瓷驱动电压的关系式;对关系式中相关参数进行了识别,利用Matlab软件仿真分析了铜箔极板间距、铜箔极板长度和光强对阻尼通道两端压强差的影响规律。在流体仿真软件Fluent中,对圆形阻尼通道内的电流变液进行流体动力学仿真,仿真结果与理论计算结果基本吻合,证明了所构建的圆形通道光控电流变流体力学模型的正确性;基于PLZT陶瓷光照阶段与光停阶段的驱动电压表达式和bang-bang控制策略,建立相应的闭环控制模型,并在Matlab软件中对提出的光控电流变阻尼装置进行主动闭环控制仿真分析,仿真结果证明了bang-bang控制策略的有效性。搭建了光控电流变阻尼装置实验平台,开展光强对阻尼通道两端压强差的影响实验,从而验证了PLZT陶瓷驱动电流变阻尼装置的可行性。在对实验结果进行分析的基础上,提出进一步优化实验效果的方法。
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