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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:高明祺
研究生(外文):Ming-Chi Kao
論文名稱:壓電材料應用於梁的振動激發與控制
論文名稱(外文):Application of Piezoelectric Materials to Exciting and Control of Vibration of a Beam
指導教授:周傳心
指導教授(外文):Chan-Shin ChouM
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:應用力學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:壓電材料激發振動控制
外文關鍵詞:Piezoelectricalexcitingvibration control
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本文在探討壓電陶瓷材料應用於梁結構物上的振動激發與振動控制。由於壓電材料具有極性之特性,當對其施以不同相位之激發電壓時,會產生不同的應變,利用此一性質,當一對壓電片耦合於梁的上下同一位置,且貼附之極性為上下相同時,以相同相位之電壓激發,壓電片產生一伸一縮的應變,造成橫向振動;若施加反相電壓,則壓電片同時伸長或縮短,產生縱向振動。而當相位差介於同向與反相之間時,由於縱橫向振動混雜在一起,於是利用一相加與相減的電路設計,即可分析因壓電片應變而使梁產生縱向與橫向振動之比例。
再利用壓電片作為感測梁應變之感應器,加上電荷放大器作為訊號之反相放大,將處理過的訊號輸入以壓電片作為抑制振動之致動器,形成一簡單的主動回授控制系統,分別對橫向與縱向振動作單一模態與多模態的振動控制。而依感測器與致動器之位置不同分為同置控制器與非同置控制器兩種,由實驗結果證明此主動控制方法能有效的控制結構振動。

頁次
摘要 I
目 錄 II
圖表目錄 IV
第一章 導論...........................................1
1-1 研究動機.......................................1
1-2 內容簡介.......................................2
第二章 結構的動態分析.................................4
2-1-1 梁的橫向振動模型..............................4
2-1-2 梁的橫向自由振動分析..........................6
2-2-1 梁的縱向振動模型..............................8
2-2-2 梁的縱向自由振動分析..........................9
第三章 振動控制系統..................................12
3-1 主動控制系統簡介...............................12
3-2 壓電陶瓷材料簡介...............................13
3-2-1 壓電材料組成律...............................14
3-3 壓電致動器.....................................16
3-4 壓電感測器.....................................19
3-5 電荷放大器之分析...............................21
3-5-1 電荷放大器的輸入輸出相位關係.................23
3-6 同置與非同置控制器分析.........................24
3-7 主動控制的響應................................ 30
第四章 實驗分析與討論.................................35
4-1 實驗架構.......................................35
4-2 縱橫波激發與比例分析...........................37
4-3 橫向振動控制...................................41
4-3-1 橫向振動同置控制.............................41
4-3-2 橫向振動非同置控制...........................53
4-4 縱向振動控制...................................62
4-4-1 縱向振動同置控制.............................62
4-4-2 縱向振動非同置控制...........................71
4-5 結果與討論.....................................89
第五章 結論...........................................80
參考文獻..............................................81
附錄一................................................83
附錄二................................................85
圖 目 錄
圖號 | 圖名 頁次
圖2-1 梁元素橫向振動自由體圖..........................4
圖2-2 橫向共振模態圖..................................7
圖2-3 橫向應變分佈圖..................................7
圖2-4 梁元素縱向振動自由體圖..........................8
圖2-5 縱向共振模態圖.................................11
圖2-6 縱向應變分佈圖.................................11
圖3-1 回授控制系統方塊圖.............................12
圖3-2 正壓電效應.....................................14
圖3-3 逆壓電效應.....................................14
圖3-4 壓電片示意圖...................................15
圖3-5 橫向振動.......................................16
圖3-6 縱向振動.......................................16
圖3-7 壓電片與梁耦合應變分佈圖.......................17
圖3-8 電荷放大器之等效電路...........................21
圖3-9 簡化後的電荷放大器等效電路.....................22
圖3-10 量測電荷放大器輸出相位之架構圖.................23
圖3-11 感測電壓經電荷放大器前後之相位圖...............24
圖3-12 橫向同置控制第一模態相位圖.....................26
圖3-13 橫向同置控制第二模態相位圖.....................26
圖3-14 橫向同置控制第三模態相位圖.....................26
圖3-15 橫向非同置控制第一模態相位圖...................27
圖3-16 橫向非同置控制第二模態相位圖...................27
圖3-17 橫向非同置控制第三模態相位圖...................27
圖3-18 縱向同置控制第一模態相位圖.....................28
圖3-19 縱向同置控制第二模態相位圖.....................28
圖3-20 縱向非同置控制第一模態相位圖...................29
圖3-21 縱向非同置控制第二模態相位圖...................29
圖3-22橫向振動同置控制第一模態控制圖(理論值)..........32
圖3-23橫向振動同置控制第二模態控制圖(理論值)..........32
圖3-24橫向振動同置控制第三模態控制圖(理論值)..........33
圖3-25橫向振動非同置控制第一模態控制圖(理論值)........33
圖3-26橫向振動非同置控制第二模態控制圖(理論值)........34
圖3-27橫向振動非同置控制第三模態控制圖(理論值)........34
圖4-1 壓電片貼附位置上視圖...........................36
圖4-2 壓電片貼附位置側視圖...........................36
圖4-3 壓電片貼附位置下視圖...........................36
圖4-4 壓電片貼附之極性圖.............................37
圖4-5 縱橫波比例實驗架構圖...........................37
圖4-6 激發頻率800Hz之縱橫波比例......................39
圖4-7 激發頻率1kHz之縱橫波比例.......................39
圖4-8 激發頻率1.5kHz之縱橫波比例.....................40
圖4-9 激發頻率2kHz之縱橫波比例.......................40
圖4-10 橫向振動同置控制實驗架構圖.....................41
圖4-11 橫向振動同置控制第一模態時域控制圖.............43
圖4-12 橫向振動同置控制第二模態時域控制圖.............43
圖4-13 橫向振動同置控制第三模態時域控制圖.............43
圖4-14 橫向振動同置控制第一模態頻率控制圖.............45
圖4-15 橫向振動同置控制第二模態頻率控制圖.............45
圖4-16 橫向振動同置控制第三模態頻率控制圖.............46
圖4-17 橫向振動同置控制多模態頻率控制圖...............47
圖4-18 橫向振動同置控制第一模態自然衰減圖(控制前).....50
圖4-19 橫向振動同置控制第一模態自然衰減圖(控制後).....50
圖4-20 橫向振動同置控制第二模態自然衰減圖(控制前).....51
圖4-21 橫向振動同置控制第二模態自然衰減圖(控制後).....51
圖4-22 橫向振動同置控制第三模態自然衰減圖(控制前).....52
圖4-23 橫向振動同置控制第三模態自然衰減圖(控制後).....52
圖4-24 橫向振動非同置控制實驗架構圖...................53
圖4-25 橫向振動非同置控制第一模態時域控制圖...........54
圖4-26 橫向振動非同置控制第二模態時域控制圖...........54
圖4-27 橫向振動非同置控制第三模態時域控制圖...........55
圖4-28 橫向振動非同置控制第一模態頻率控制圖...........56
圖4-29 橫向振動非同置控制第二模態頻率控制圖...........57
圖4-30 橫向振動非同置控制第三模態頻率控制圖...........57
圖4-31 橫向振動非同置控制第一模態自然衰減圖(控制前)...59
圖4-32 橫向振動非同置控制第一模態自然衰減圖(控制後)...59
圖4-33 橫向振動非同置控制第二模態自然衰減圖(控制前)...60
圖4-34 橫向振動非同置控制第二模態自然衰減圖(控制後)...60
圖4-35 橫向振動非同置控制第三模態自然衰減圖(控制前)...61
圖4-36 橫向振動非同置控制第三模態自然衰減圖(控制後)...61
圖4-37 縱向振動控制實驗架構圖.........................62
圖4-38 縱向振動同置控制第一模態時域控制圖.............64
圖4-39 縱向振動同置控制第二模態時域控制圖.............64
圖4-40 縱向振動同置控制第一模態頻率控制圖.............66
圖4-41 縱向振動同置控制第二模態頻率控制圖.............66
圖4-42 縱向振動同置控制多模態頻率控制圖...............67
圖4-43 縱向振動同置控制第一模態自然衰減圖(控制前).....69
圖4-44 縱向振動同置控制第一模態自然衰減圖(控制後......69
圖4-45 縱向振動同置控制第二模態自然衰減圖(控制前).....70
圖4-46 縱向振動同置控制第二模態自然衰減圖(控制後).....70
圖4-47 縱向振動非同置控制實驗架構圖...................71
圖4-48 縱向振動非同置控制第一模態時域控制圖...........72
圖4-49 縱向振動非同置控制第二模態時域控制圖...........72
圖4-50 縱向振動非同置控制第一模態頻率控制圖...........74
圖4-51 縱向振動非同置控制第二模態頻率控制圖...........74
圖4-52 縱向振動非同置控制第一模態自然衰減圖(控制前)...76
圖4-53 縱向振動非同置控制第一模態自然衰減圖(控制後)...76
圖4-54 縱向振動非同置控制第二模態自然衰減圖(控制前)...77
圖4-55 縱向振動非同置控制第二模態自然衰減圖(控制後)...77
圖A-1 加法器電路......................................83
圖A-2 減法器電路......................................84
表 目 錄
表號 | 表名 頁次
表4-1 橫向振動同置控制前後時域輸出訊號之變化..........42
表4-2 橫向振動同置控制前後單模態頻率響應之變化........44
表4-3 橫向振動同置控制前後多模態頻率響應之變化........47
表4-4 橫向振動同置控制前後系統之衰減時間與阻尼比......49
表4-5 橫向振動非同置控制前後時域輸出訊號之變化........54
表4-6 橫向振動非同置控制前後單模態頻率響應之變化......56
表4-7 橫向振動非同置控制前後系統之衰減時間與阻尼比....58
表4-8 縱向振動同置控制前後時域輸出訊號之變化..........63
表4-9 縱向振動同置控制前後單模態頻率響應之變化........65
表4-10 縱向振動同置控制前後多模態頻率響應之變化........67
表4-11 縱向振動同置控制前後系統之衰減時間與阻尼比......68
表4-12 縱向振動非同置控制前後時域輸出訊號之變化........72
表4-13 縱向振動非同置控制前後單模態頻率響應之變化......73
表4-14 縱向振動非同置控制前後系統之衰減時間與阻尼比....75
表4-15 橫向振動控制理論與實驗的共振峰值比較............79

[1]、E.F.Crawley and J.de Luis,“Use of PiezoelectricActuator
As Elements of Intelligent Structures”,AIAA
Journal,Vol.25,NO.10,pp.1373-1385,1987.
[2]、C.R.Fuller,S.J.Elliott and P.A.Nelson,“Active Control
of Vibration”,Academic Press,Harcourt Brace &
Company,1996.
[3]、G.P.Gibbs and C.R.Fuller,“Excitation of Thin Beams Using
Asymmetric Piezoelectric Actuators”,Journal of Acoustical
Society of America,92(6),December 1992.
[4]、邱賢禎,“壓電材料應用於梁的振動控制”,國立臺灣大學應用力學
研究所碩士論文,1990.
[5]、黃安穎,“壓電片於桿件縱向振動控制之實驗分析”,國立臺灣大學
應用力學研究所碩士論文,1996.
[6]、何昭德,“支承運動下梁的振動分析與控制”,國立臺灣大學應用力
學研究所碩士論文,1997.
[7]、IEEE Standard on Piezoelectricity.ANSI/IEEE Std.
[8]、M.Serridge and T.R.Licht,“Piezoelectric Accelero-
meters and Vibration Preamplifiers : Theory and
Application Handbook”,Brüel & Kjær Co.,1987.
[9]、李泰緯,“剛架之結構振動與控制”,國立臺灣大學應用力學研究所
碩士論文,1998.
[10]、J.J.Dosch and D.J.Inman,“A Self-SensingPiezoelectric
Actuator for Collocated Control”,Journal of Intelligent
Material System And Structure,Vol.3,January 1992.
[11]、S.S.Rao,“Mechanical Viberation”,Addison-Wesley
Publishing Company Inc.,Third Edition.,1995.
[12]、柯文俊,“結構動態測試基本理論”,國立台灣大學海洋暨造工程學
研究所,1998.
[13]、Karl F.Graff, “Wave Motion in Elastic Solid” ,Dover
Publication ,INC.,New York.

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