实现自感知执行器的时分复用解耦法与控制系统

摘要

本发明属于机电系统的测控技术领域，涉及到基于双向机电换能材料的自感知执行器实现方法和控制系统。实现自感知执行器的时分复用解耦法与控制系统采用双向换能元件，利用开关时序控制电路控制双向换能元件作为传感器或执行器，当双向换能元件作为传感器时，采用传感开关切换，当双向换能元件作为执行器时，采用执行开关切换，采用放电开关给双向换能元件放电，这三个开关在开关时序控制电路的控制下交替导通和截止。本发明降低机电系统的体积和重量，使被控结构集成化和微型化，降低工艺和安装难度；做到了同位控制，提高控制的稳定性。适用于结构振动主动控制、系统辨识和健康诊断等，尤其适用于体积和重量受到限制的柔性结构。

主权项

1.一种实现自感知执行器的时分复用解耦法，采用双向换能元件，其特征在于：采用开关时序控制电路(5)控制双向换能元件(1)作为传感器或执行器，当双向换能元件(1)作为传感器使用时，采用传感开关(K1)切换，当双向换能元件(1)作为执行器使用时，采用执行开关(K2)切换，采用放电开关(K3)给双向换能元件(1)放电，这三个开关在开关时序控制电路(5)的控制下交替导通和截止；双向换能元件(1)先作为传感器检测速度或力信号，然后作为执行器产生控制位移或力，最后双向换能元件放电，完成一次传感和执行功能；一次传感和执行的具体步骤为：首先闭合(K1)、断开(K2)和(K3)，双向换能元件(1)上的敏感信息经(K1)进入传感器信号放大电路(7)，此时双向换能元件(1)作为传感器使用，检测结构的速度或力等信息；然后闭合执行开关(K2)、断开传感开关(K1)和放电开关(K3)，控制器(6)输出的控制量经执行器驱动电路(9)后驱动双向换能元件(1)，此时双向换能元件(1)作为执行器使用，执行器产生位移或力；最后闭合(K3)、断开(K1)和(K2)，双向换能元件(1)上积累的电能由放电通道(4)释放；传感器和执行器的切换速度高，切换速度等于信号采样频率，传感器和执行器的切换速度应大于结构最高受控模态频率的2倍；一个传感执行周期(T)等于传感时隙(τ1)、执行时隙(τ2)、放电时隙(τ3)的总和，在一个传感执行周期(T)内，执行时隙(τ2)大于传感时隙(τ1)，在保证传感信号采样正确的前提下，增大执行时隙(τ2)，缩短传感时隙(τ1)，缩短放电时隙(τ3)。