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EAP在振动控制中的应用.pdf
1 EAP 分类 电子型EAP (Dielectric Elastomer):优点:可以直接在空气中使用,反应速度快, 直流电激励,激励力较大;缺点:需要耐高压,手电致伸缩影响,激励方向和电 压极性无关。 离子型EAP (Ionic Polymer-Metal Composites):优点:位移较大,需要的激励电 压低,电极能够决定激励方向;缺点:在直流电激励下不能保持张力,响应速度 慢,需要在电解质中才能工作。 2 DE 的建模 EAP 结构:三明治结构,中间是特性电介质,两边是电极 当反向施加电压时,由于静电吸引,会发生电致伸缩 优势在于可塑性;缺点在于驱动电压在KV 级别 2.1 小变形 此时力学模型可以使用如下的模型 可以讨论蠕变等效应。 应变:s p ,Y 是电场方向弹性系数,p 是静电压力 z Y 静电压力: 2 ε 是相对介电常数, 是真空介电常数,E 是电场强度,ε p εεE r 0 0 r E=U/d εε κ 0 r ,电致伸缩系数。因此高效EAP 应该具有高介电常数和低弹性模量,同 Y 时需要有高的介电击穿强度 在体积不变的条件下,垂直于电场方向的应变为 1 s =−1 A 1+s z 2.2 大变形 本构上可以使用常用的粘弹性模型,比如Mooney-Rivlin、Ogden 形式等等。适用 于这些模型的单轴拉伸或者双轴拉伸。 2.3 参数识别 实验模型的拟合。 国内查到的文献,有很多是通过他人纯实验的结果,通过自己的力学- 电学模型 进行参数识别,之后使用Simulink 等软件对结构施加该参数的抽象力学模型,以 估计其控制效果。 2.4 实验实例 半自动控制的两种模式:改变结构刚度;改变结构阻尼。结构在持续工作下,特 性会发生改变,半自动控制可以适应这种改变。 改变结构刚度的一种开环控制,控制器通过幅值改变支撑刚度 EAP 优点:自带变刚度和阻尼特性;缺点:有效带宽较小, 电极材料:银片,碳粉,之字金条 方式:条状薄片,提供弯曲力 聚合物材料:丙烯酸酯,3M 的VHB4910 弹性系数:0.1MPa 介电常数:4.7 实验表明,增加电压,会减少刚度 10cm,读音传导油脂 6.6Hz 共振。19Hz 二阶 以上是频率偏移、还是阻尼效应 3 IPMC 建模 当外加电压时,阳离子会往电极运动,溶液中的阴离子为这种运动提供了 通道,从而由于电荷分布的差异引发弯曲。 对 IPMC 施加外部直流电压,随着输入电压的增加,弯曲变形也随之增大, 然而不能持久,随着时间它会慢慢恢复。当施加交流电压时,IPMC 振荡运动, 其位移不仅与电压幅值有关还与激励频率有关。 由于涉及到弯曲,则适用于一般梁弯曲的模型。表面的应力应变可以写为。 1 L2 +δ2 h Mh bh3 R ,ε ,σ ,I ρ 2δ 2ρ 2I 12 通过实验可以得到δ 与所加电压的关系 虽然往返不同,但是简单的情况下我们可以认为是线性的。则可获得在给定 电压下的,产生的弯矩 动能 势能 弯矩虚功 可以建立模拟模型 一个简单的控制律为添加反相位的驱动力。精细的控制可以引入经典的PID 控制,依据不同的模型调整参数。 4 总结 DE 1、在模型建立和参数识别上的研究,像有限元软件一样简化设计过程,用计算 模型为设计提供参考。 2、材料方面研究,稳定的材料属性。 IPMC 1、
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