CN103019268B - 一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置 - Google Patents

一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置,包括电源模块、电路模块和控制面板三个部分,其中电路模块包括开关电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元。本发明装置通过控制面板上的接口与计算机以及贴设在待控结构上的压电元件等设备连接,形成基于非线性同步开关阻尼半主动振动控制系统,能够很好地实现短路同步开关阻尼技术SSDS、电感同步开关阻尼技术SSDI、电压同步开关阻尼技术SSDV和负电容同步开关阻尼技术SSDNC等振动控制技术。

Description

技术领域
[0001] 本发明涉及一种结构振动控制装置,尤其涉及一种多方法集成的同步开关阻尼技 术的压电半主动振动控制装置。 -种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置
背景技术
[0002] 压电半主动控制方法是基于压电主动和被动控制技术发展起来的一种新的振动 控制方法,目前正得到广泛地研究。具有代表性的是一种基于非线性同步开关阻尼技术的 半主动振动控制方法,这种方法也被称为SSD技术(SSD Synchronized Switch Damping), 在电路中串联电感和开关等一些简单的电子元件使得压电元件上的电能被快速消耗或实 现电压翻转,从而达到减振的目的。压电主动控制具有较好地控制效果,但它的系统庞大复 杂,系统的可靠性因而降低,难以实现小型化、轻量化;压电被动控制比较简单、易于实现, 但缺点是电路中的电感和电阻参数对环境变化适应能力差。与压电被动、主动控制方法相 t匕,压电半主动振动方法的控制系统简单,仅仅开关工作需要外界能量,因此控制所要的外 界能量很小,不需要精确的结构振动模型,且控制效果比较稳定,适合于宽频带振动控制。 目前,基于非线性同步开关阻尼技术的半主动振动控制方法主要分为四种:短路同步开关 阻尼技术(SSDS技术)、电感同步开关阻尼技术(SSDI技术)、电压同步开关阻尼技术(SSDV 技术)和负电容同步开关阻尼技术(SSDNC技术)。
[0003] 在以往的研究中,为了利用上述四种半主动振动控制技术实现结构的振动控制, 都需要临时搭建模拟电路,电路的稳定性差,与计算机等外部设备的连接没有标准的接口, 操作较为复杂,并且针对不同的控制技术间的切换,需要大范围地更换电子元器件,器件的 可重复利用性较低;另外,临时搭建的电路可保存性较差。
发明内容
[0004] 针对上述现有技术,本发明要解决的技术问题是利用非线性同步开关阻尼技术, 提供一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置。该同步开关阻尼技术的压 电半主动振动控制装置能够将短路同步开关阻尼技术(SSDS技术)、电感同步开关阻尼技术 (SSDI技术)、电压同步开关阻尼技术(SSDV技术)和负电容同步开关阻尼技术(SSDNC技术) 的控制电路集成到一起,实现部分电子元器件的使用共享,节约成本,提高器件的重复利用 性和电路的稳定性;通过标准的接口使得本发明的控制装置与外部设备间的连接更方便与 稳定;通过本发明控制装置的控制面板使得实验操作更为简单快捷。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明的一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控 制装置,包括电源模块和振动控制电路模块;其中所述电源模块将220V交流电分别转换为 ±45V和±12V的直流电给所述振动控制电路模块供电;所述振动控制电路模块包括开关 电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元;其中,所述开关电路单元包括第一至第三 接口、第一运算放大器、第一至第五电阻、第一至第二场效应管、第一至第四单刀双掷开关、 第一至第二二极管;
[0006] 其中,所述第一接口的两端分别与第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入 端连接,所述第一运算放大器的反相输入端接地,所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端 分别与所述第一运算放大器的同相输入端连接;所述第二电阻的另一端、第三电阻的一端、 第四电阻的一端、第五电阻的一端分别与所述第一运算放大器的输出端连接;
[0007] 所述第三电阻的另一端连接所述电源模块的+12V输出;第四电阻的另一端与所 述第一场效应管的栅极连接;第五电阻的另一端与第二场效应管的栅极连接;
[0008] 所述第一至第四单刀双掷开关分别包括一个动触点和两个静触点;所述第一场效 应管的漏极与第一二极管的阴极连接,所述第一场效应管的源极与第三单刀双掷开关的动 触点连接;
[0009] 所述第一二极管的阳极、第二二极管的阴极分别与第二接口的一端连接;
[0010] 所述第二场效应管的漏极与第二二极管的阳极连接,所述第二场效应管的源极与 第四单刀双掷开关的动触点连接;
[0011] 所述第二接口的另一端与第一单刀双掷开关的动触点连接;所述第一单刀双掷开 关的第一静触点接地,第二静触点与第二单刀双掷开关的动触点连接;
[0012] 所述第二单刀双掷开关的第一静触点与负电容单元连接,第二静触点分别与第三 接口的一端、电感单元连接,所述第三接口的另一端接地;
[0013] 所述第三、第四单刀双掷开关的第一静触点分别连接所述电压源单元,所述第三、 第四单刀双掷开关的第二静触点分别连接所述第三接口的接地端;
[0014] 所述第一接口连接外部计算机,用于接收外部计算机发出的开关切换信号;所述 第二接口连接外部压电元件,用于接收压电元件由于应变产生的电压信号;
[0015] 当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到正向极值 时,所述第二接口、第一二极管、第一场效应管所在支路导通;当所述开关电路单元的第二 接口连接的外部压电元件因振动位移达到反向极值时,所述第二接口、第二二极管、第二场 效应管所在支路导通;
[0016] 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动 触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时,实现 短路同步开关阻尼技术;
[0017] 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动 触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第 二单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接后与电感单元连接,或者通过第三接口与外 接电感连接时,实现电感同步开关阻尼技术;
[0018] 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、第四单刀双掷开关的动 触点与其第一静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时,实现 电压同步开关阻尼技术;
[0019] 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动 触点与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第 二单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时,实现负电容同步开关阻尼技术。
[0020] 作为本发明的改进,所述开关电路单元还包括第五、第六接口、第五双刀单掷开 关;其中,所述第五双刀单掷开关的一端分别连接第一、第二场效应管的源极,第五双刀单 掷开关的另一端分别与第五、第六接口连接;所述第五接口连接外部负电压,第六接口连接 外部正电压,当所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、所述第三单刀双掷 开关的动触点与其第一静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接,同 时将第五双刀单掷开关闭合,同时将第五双刀单掷开关闭合,实现电压同步开关阻尼技术。
[0021] 作为本发明的进一步改进,还包括控制面板;所述控制面板包括第一至第五标准 同轴电缆连接器接头、第一至第五开关、第一至第四可变电阻旋钮和第一、第二外接电感接 口;所述第一标准同轴电缆连接器接头与电路模块中的第二接口连接,将采集到的压电元 件上的电压信号输入到所述电路模块中;第二标准同轴电缆连接器接头与所述电路模块中 的第一接口连接,将外部计算机发出的开关切换信号输入到所述电路模块中;第三标准同 轴电缆连接器接头与所述电路模块中的第四接口连接,将外部电源信号输入到所述电路模 块中;第四接标准同轴电缆连接器接头连接所述电路模块中的第五接口,用于将外部负电 压输入到所述电路模块中的第一场效应管的源极;第五标准同轴电缆连接器接头连接所 述电路模块中的第六接口,用于将外部正电压输入到所述电路模块中的第二场效应管的源 极;所述第一至第五开关分别对应电路模块中的第一至第四单刀双掷开关和第五双刀单掷 开关,用于选择控制装置的工作模式;所述第一至第四可变电阻旋钮分别连接所述第九、第 十二、第十三、第十四电阻;所述第一、第二外接电感接口分别连接到所述电路模块中的第 三接口的两端。
[0022] 作为本发明的更进一步改进,所述振动控制电路模块和控制面板模块的数量分别 为η块,η块振动控制电路模块和控制面板模块封装在一起,其中每个控制面板连接一个振 动控制电路模块,所述η个振动控制电路模块由所述电源模块进行统一供电,实现多通道 的同时工作,其中η为大于1的自然数。
[0023] 该同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置的控制面板、电路模块、电源模 块能够将短路同步开关阻尼技术(SSDS技术)、电感同步开关阻尼技术(SSDI技术)、电压同 步开关阻尼技术(SSDV技术)和负电容同步开关阻尼技术(SSDNC技术)的控制电路集成到 一起。本发明的振动控制装置实现了部分电子元器件的使用共享,节约成本,提高了器件的 重复利用性和电路的稳定性;并通过标准的接口使得控制装置与外部设备间的连接更方便 与稳定;而且通过装置的控制面板使得实验操作更为简单快捷。
附图说明
[0024] 图1是同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置系统图;
[0025] 图2是开关电路单元电路和电压源单元电路图;
[0026] 图3是电感单元电路和负电容单元电路图;
[0027] 图4是控制面板图;
[0028] 图5是悬臂梁结构半主动振动控制系统图;
[0029] 图6是智能壁板结构半主动振动控制系统图。
[0030] 图中标号说明:Ρ1-Ρ6为第一至第六接口,R1-R14为第一至第十四电阻,U1-U6为 第一至第六运算放大器,D1、D2为第一、第二二极管,Q1、Q2为第一、第二场效应管,Κ1至Κ4 为第一至第四单刀双掷开关,K5为第五双刀单掷开关,Cl、C2为第一、第二电容。
具体实施方式
[0031] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合 附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
[0032] 如图1所示,同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置包括电源模块、电路 模块和控制面板三部分组成,电源模块将220V交流电转换为±45V和± 12V的直流电给电 路模块供电。其中电路模块包括开关电路单元、电压源单元、电感单元和负电容单元,开关 电路单元包括第一、第二、第三、第五、第六接口,第一接口连接外部计算机,用于接收外部 计算机发出的开关切换信号,第二接口连接外部压电元件,用于接收压电元件由于应变产 生的电压信号,第三接口用于连接外部电感,第五和第六接口用于连接外部正、负电压源。
[0033] 如图2所示,开关电路单元包括第一、第二、第三、第五、第六接口 PI、P2、P3、P5、 P6,第一运算放大器U1,第一、第二、第三、第四、第五电阻R1、R2、R3、R4、R5,第一、第二二极 管Dl、D2,第一、第二场效应管Ql、Q2,第一、第二、第三、第四单刀双掷开关Kl、K2、K3、K4, 第五双刀单掷开关K5。其中,第一场效应管Q1为N沟道增强型场效应管,第二场效应管Q2 为P沟道增强型场效应管。第一接口 P1分别与第一电阻R1的一端和第一运算放大器U1 的反相输入端连接,U1的反相输入端接地,R1的另一端与U1的同相输入端连接。第二电阻 R2的一端与U1的同相输入端连接,另一端与U1的输出端连接。第三电阻R3的一端与U1 的输出端连接,另一端连接第二变压器的+12V输出端。第四电阻R4的一端与U4的输出端 连接,另一端与第一场效应管Q1的栅极连接,Q1的漏极与第一二极管D1的阴极连接,第一 场效应管Q1的源极与第三单刀双掷开关K3的动触点连接,第一二极管D1的阳极与第二接 口 P2的一端连接。第五电阻R5的一端与U1的输出端连接,另一端与第二场效应管Q2的 栅极连接,第二场效应管Q2的漏极与第二二极管D2的阳极连接,第二场效应管Q2的源极 与第四单刀双掷开关K4的动触点连接,第二二极管D2的阴极与第二接口 P2的一端连接。 P2的另一端与第一单刀双掷开关K1的动触点连接。第一单刀双掷开关K1的第一静触点 接地,第二静触点与第二单刀双掷开关K2的动触点连接。第二单刀双掷开关K2的第一静 触点与内置负电容单元中的第四运算放大器的反向输入端连接,第二静触点分别与第三接 口 P3、内置电感单元连接,P3的另一端接地,第三单刀双掷开关K3的一个静触点和第四单 刀双掷开关K4的一个静触点与第三接口 P3的接地端连接。第五双刀单掷开关K5的一端 分别于第一、第二场效应管Ql、Q2的源极连接,另一端分别于第五、第六接口 P5、P6连接。
[0034] 电压源单元包括第二运算放大器U2、U3,第六、第七电阻R6、R7,第四接口 P4。其 中第二运算放大器U2的同相输入端接地,反相输入端与第六电阻R6和第七电阻R7的一端 连接,R6的另一端与U2的输出端连接,U2的输出端与第一单刀双掷开关K1的另一静触点 连接。第二运算放大器U3的同相输入端与第四接口 P4的一端连接,U3的反相输入端与R7 的另一端连接,第二运算放大器U3的输出端与第二单刀双掷开关K2的另一静触点和反相 输入端连接。第四接口 P4的另一端接地。
[0035] 如图3所示,电感单元包括第三运算放大器U4、U5,第八、第九、第十、第十一电阻 R8、R9、R10、R11,第一电容C1。第三运算放大器U4的同相输入端与第八电阻R8的一端连 接,U4的反相输入端与第十电阻R10的一端连接,R10的另一端与第三运算放大器U4的输 出端和第一电容C1的一端连接。第三运算放大器U5的同相输入端与第一电容C1的另一 端和第九电阻R9的一端连接,R9的另一端接地,U5的反相输入端与第十一电阻R11的一端 和第三运算放大器U4的反相输入端连接,R11的另一端与第三运算放大器U5的输出端连 接,R8的另一端与U5的输出端连接。
[0036] 负电容单元包括第四运算放大器U6,第二电容C2,第十二、十三、十四电阻R12、 R13、R14。第四运算放大器U6的反相输入端与第十二电阻R12的一端连接,R12的另一端 与U6的输出端连接,U6的同相输入端与第二电容C2、第十三电阻R13和第十四电阻R14的 一端连接,第二电容C2和第十三电阻R13的另一端连接并接地,R14的另一端与第四运算 放大器U6的输出端连接。
[0037] 如图4所示,控制面板示意图包括第一、第二、第三、第四、第五标准同轴电缆连接 器接头(BNC接头)Bl、B2、B3、B4、B5,第一、第二、第三、第四、第五开关SI、S2、S3、S4、S5, 第一、第二、第三、第四旋钮,对应电路模块中可变电阻1?9、1?12、1?13、1?14,第一、第二电感接 口 LI、L2。第一标准同轴电缆连接器接头(BNC接头)B1与电路模块中的第二接口 P2连 接,将采集到的压电元件上的电压信号输入到电路模块中;第二标准同轴电缆连接器接头 (BNC接头)B2与电路模块中的第一接口 P1连接,将外部计算机发出的开关切换信号输入到 电路模块中;第三标准同轴电缆连接器接头(BNC接头)B3与电路模块中的第四接口 P4连 接,将外部电源信号输入到电路模块中;第四接标准同轴电缆连接器接头(BNC接头)B4连 接所述电路模块中的第五接口 P5,用于将外部负电压输入到所述电路模块中的第一场效应 管Q1的源极;第五接标准同轴电缆连接器接头(BNC接头)B5连接电路模块中的第六接口 P6,用于将外部正电压输入到电路模块中的第二场效应管Q2的源极。第一至第五开S1~S5 关分别对应电路模块中的第一至第四单刀双掷开关K1~K4和第五双刀单掷开关K5,用于选 择控制装置的工作模式。第一至第四可变电阻旋钮分别连接第九电阻R9、第十二电阻R12、 第十三电阻R13、第十四电阻R14。第一、第二外接电感接口 LI、L2分别连接到电路模块中 的第三接口 P3的两端。
[0038] 利用本发明装置,结合计算机控制系统和待控结构上粘贴的压电元件,可以搭建 基于非线性同步开关阻尼技术的半主动振动控制系统。将压电元件两端接入到第一接头 B1,由计算机产生的开关切换信号接入到第二接头B2,即由电路模块中第二接口 P2接入压 电元件,第一接口 P1输入开关切换信号。开关切换信号为方波信号,通过第一运算放大器 电路放大,从而对第一场效应管Q1和第二场效应管Q2工作进行控制。当第一运算放大器 U1的输出为高电平时,第一场效应管Q1所在的支路导通,即第二接口、第一二极管、第一场 效应管支路导通;当第一运算放大器U1的输出为低电平时,第二场效应管Q2所在的支路导 通,即第二接口、第二二极管、第二场效应管支路导通。在此基础上,将所述开关电路单元的 第二接口短接,或将所述外部电感或电感单元、外部电源或外部正、负电压或电压源单元、 负电容单元接入开关电路单元,实现短路同步开关阻尼技术(SSDS技术)、电感同步开关阻 尼技术(SSDI技术)、电压同步开关阻尼技术(SSDV技术)、负电容同步开关阻尼技术(SSDNC 技术)。
[0039] 实现短路同步开关阻尼技术(SSDS技术)的控制方法:将第一开关S1左拨,第三、 第四开关S3、S4右拨,对应电路模块中,第一、第三、第四单刀双掷开关接地,此时可以实现 SSDS技术。
[0040] 实现电感同步开关阻尼技术(SSDI技术)的控制方法:可以采用内置电感单元,也 可以使用外接电感。将第一开关S1右拨,第二开关S2右拨,第三、第四开关S3、S4右拨,第 五开关左拨,对应电路模块中第一单刀双掷开关K1与第二单刀双掷开关K2第二动触点连 接,第二单刀双掷开关Κ2与第三接口 Ρ3的一端连接,第三和第四单刀双掷开关Κ3、Κ4接 地,第五双刀单掷开关Κ5断开,如果将电感的一端接入到第一电感接口 L1,另一端接入到 第二电感接口 L2,即可实现SSDI技术,同时通过改变外界电感的大小可以实现控制效果的 调节。如果将第一电感和第二电感接口 LI、L2短接,即可将内置电感单元接入到控制电路 中第三接口 Ρ3的一端。在控制面板中,通过调节第一旋钮,即调节第九电阻可以调节电感 的大小。
[0041] 实现电压同步开关阻尼技术(SSDV技术)的控制方法:有多种途径提供电压源。将 第一开关S1左拨。在此基础上,可以分别实现以下几种SSDV控制方法。(一)第三、第四、 开关S3、S4左拨、第五开关S5左拨,将外部电源产生的电压信号接到第三接头Β3,对应的 即接入电路模块中的第四接口 Ρ4,第三、第四单刀双掷开关Κ3、Κ4接入到电压源单元,此时 通过电压源单元即可产生等大反向的电压接入到控制电路中。(二)第三、第四开关S3、S4 左拨,第五开关S5右拨,对应的即双刀单掷开关将第五、第六接口 Ρ5、Ρ6连接到电路,由外 部提供等大反向的电压信号分别接入第四接头Μ和第五接头Β5,对应的即电压分别接入 到电路模块中的第五、第六接口 Ρ5、Ρ6,第五接口 Ρ5连接外部负电压,第六接口 Ρ6连接外 部正电压。
[0042] 实现负电容同步开关阻尼技术(SSDNC技术)的控制方法:将控制面板上第一开关 S1右拨,第二、第五开关S2、S5左拨,第三、第四开关S3、S4右拨,对应电路模块,负电容电 路单元接入到开关电路中第二单刀双掷开关第一静触点一端,第三、第四单刀双掷开关Κ3、 Κ4接入到第三接口 Ρ3处,此时可以实现SSDNC控制技术。通过调节控制面板第二、三、四旋 钮,即负电容单元中的第十二、十三、十四可变电阻,可以实现负电容大小和偏置的调节,从 而得到最佳的振动控制效果。
[0043] 如图5所示,利用该发明装置对悬臂梁的一阶振动模态进行控制。将电源模块、电 路模块和控制面板等部分组合到一起,制作成半主动振动控制装置。将压电元件两端的电 压信号输入到第一接头Β1,在悬臂梁的末端利用激光位移传感器采集其位移信号,输入到 计算机控制系统中,由计算机控制系统产生开关切换信号接入到第二接头Β2。该系统可以 实现悬臂梁一阶振动模态的控制。例如利用负电容同步开关阻尼技术(SSDNC技术)控制 方法的具体操作如下:第一、第三、第四开关S1、S3、S4右拨,第二、第五开关S2、S5均左拨。 通过调节第二、第三、第四旋钮可以调整系统的控制效果。系统的控制原理如下:激光位移 传感器采集得到悬臂梁末端位移信号,经计算机控制系统处理得到方波信号,将方波信号 输入到同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置中,控制装置中的开关电路单元电路 可以实现选择性的通断,当结构位移达到正向极值时,第一二极管D1所在支路导通,当位 移达到反向极值时,第二二极管D2所在支路导通。压电元件在大部分情况下都是断开的, 只有当位移达到极值时由于开关电路的通断,压电元件两端的电压会实现翻转,通过保持 压电元件产生的作动力始终与结构的位移速度反向,即可实现结构的振动控制。同样,通过 控制面板上开关等选项的选择和调整,控制装置也可以实现结构的短路同步开关阻尼技术 (SSDS技术)、电感同步开关阻尼技术(SSDI技术)、电压同步开关阻尼技术(SSDV技术)振动 控制。
[0044] 如图6所示,为智能壁板结构的多模态振动控制系统。同步开关阻尼技术的压电 半主动振动控制装置将结构相同的3个电路模块和3个控制面板模块封装在一起的,一个 控制面板连接一个电路模块,实现多通道的同时工作。为了实现结构的多模态振动半主动 控制,将控制盒扩展为多路结构。扩展时,电源模块为多路电路单元同时供电,将电路模块 和控制面板模块做多份,并将其并列放置在控制盒中。为了是实现对智能壁板结构的某三 阶共振频率的振动进行抑制,采用三个压电元件作为驱动器,压电元件1、压电元件2和压 电元件3 ;利用压电元件4作为传感器,采集壁板振动的位移信号,输入到计算机控制系统 中,计算机控制系统针对信号进行处理,得到不同共振频率下对应的开关切换信号,开关切 换信号1、开关切换信号2和开关切换信号3,将开关切换信号分别输入到对应的控制电路 模块中。利用控制盒中的电路,通过调整开关等控制面板选项,可以实现对壁板结构的多模 态振动SSDS、SSDI、SSDV、SSDNC技术的振动控制。同步开关阻尼技术的压电半主动振动控 制装置还可以将结构相同的η个电路模块和η个控制面板模块封装在一起的,一个控制面 板连接一个电路模块,η个电路模块由所述电压源模块进行统一供电,实现多通道的同时工 作。
[0045] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施 方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以不脱离本发明宗旨的前提下作 出各种变化。

Claims (4)

1. 一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置,包括电源模块和振动控制 电路模块;其中所述电源模块将220V交流电分别转换为±45V和±12V的直流电给所述 振动控制电路模块供电;其特征在于:所述振动控制电路模块包括开关电路单元、电压源 单元、电感单元和负电容单元;其中,所述开关电路单元包括第一至第三接口、第一运算放 大器、第一至第五电阻、第一至第二场效应管、第一至第四单刀双掷开关、第一至第二二极 管; 其中,所述第一接口的两端分别与第一电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端连 接,所述第一运算放大器的反相输入端接地,所述第一电阻的另一端、第二电阻的一端分别 与所述第一运算放大器的同相输入端连接;所述第二电阻的另一端、第三电阻的一端、第四 电阻的一端、第五电阻的一端分别与所述第一运算放大器的输出端连接; 所述第三电阻的另一端连接所述电源模块的+12V输出;第四电阻的另一端与所述第 一场效应管的栅极连接;第五电阻的另一端与第二场效应管的栅极连接; 所述第一至第四单刀双掷开关分别包括一个动触点和两个静触点;所述第一场效应管 的漏极与第一二极管的阴极连接,所述第一场效应管的源极与第三单刀双掷开关的动触点 连接; 所述第一二极管的阳极、第二二极管的阴极分别与第二接口的一端连接; 所述第二场效应管的漏极与第二二极管的阳极连接,所述第二场效应管的源极与第四 单刀双掷开关的动触点连接; 所述第二接口的另一端与第一单刀双掷开关的动触点连接;所述第一单刀双掷开关的 第一静触点接地,第二静触点与第二单刀双掷开关的动触点连接; 所述第二单刀双掷开关的第一静触点与负电容单元连接,第二静触点分别与第三接口 的一端、电感单元连接,所述第三接口的另一端接地; 所述第三、第四单刀双掷开关的第一静触点分别连接所述电压源单元,所述第三、第四 单刀双掷开关的第二静触点分别连接所述第三接口的接地端; 所述第一接口连接外部计算机,用于接收外部计算机发出的开关切换信号;所述第二 接口连接外部压电元件,用于接收压电元件由于应变产生的电压信号; 当所述开关电路单元的第二接口连接的外部压电元件因振动位移达到正向极值时,所 述第二接口、第一二极管、第一场效应管所在支路导通;当所述开关电路单元的第二接口连 接的外部压电元件因振动位移达到反向极值时,所述第二接口、第二二极管、第二场效应管 所在支路导通; 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点 与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时,实现短路 同步开关阻尼技术; 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点 与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第二单 刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接后与电感单元连接,或者通过第三接口与外接电 感连接时,实现电感同步开关阻尼技术; 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点 与其第一静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时,实现电压 同步开关阻尼技术; 当所述第三单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、第四单刀双掷开关的动触点 与其第二静触点连接、所述第一单刀双掷开关的动触点与其第二静触点连接、所述第二单 刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接时,实现负电容同步开关阻尼技术。
2. 根据权利要求1所述的一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置, 其特征在于:所述开关电路单元还包括第五、第六接口、双刀单掷开关;其中,所述双刀单 掷开关的一端分别连接第一、第二场效应管的源极,双刀单掷开关的另一端分别与第五、第 六接口连接;所述第五接口连接外部负电压,第六接口连接外部正电压,当所述第一单刀双 掷开关的动触点与其第一静触点连接、所述第三单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连 接、第四单刀双掷开关的动触点与其第一静触点连接,同时将双刀单掷开关闭合,实现电压 同步开关阻尼技术。
3. 根据权利要求2所述的一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置,其 特征在于:还包括控制面板;所述控制面板包括第一至第五标准同轴电缆连接器接头、第 一至第五开关、第一至第四可变电阻旋钮和第一、第二外接电感接口;所述第一标准同轴电 缆连接器接头与电路模块中的第二接口连接,将采集到的压电元件上的电压信号输入到所 述电路模块中;第二标准同轴电缆连接器接头与所述电路模块中的第一接口连接,将外部 计算机发出的开关切换信号输入到所述电路模块中;第三标准同轴电缆连接器接头与所述 电路模块中的第四接口连接,将外部电源信号输入到所述电路模块中;第四标准同轴电缆 连接器接头连接所述电路模块中的第五接口,用于将外部负电压输入到所述电路模块中的 第一场效应管的源极;第五标准同轴电缆连接器接头连接所述电路模块中的第六接口,用 于将外部正电压输入到所述电路模块中的第二场效应管的源极;所述第一至第五开关分别 对应电路模块中的第一至第四单刀双掷开关和双刀单掷开关,用于选择控制装置的工作模 式;所述第一至第四可变电阻旋钮分别连接第九、第十二、第十三、第十四电阻;所述第一、 第二外接电感接口分别连接到所述电路模块中的第三接口的两端。
4. 根据权利要求3所述的一种基于同步开关阻尼技术的压电半主动振动控制装置,其 特征在于:所述振动控制电路模块和控制面板模块的数量分别为3块,3块振动控制电路模 块和3块控制面板模块封装在一起,其中每个控制面板连接一个振动控制电路模块,所述3 块振动控制电路模块由所述电源模块进行统一供电,实现多通道的同时工作。
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