Multimodal vibration control of a beam by application of piezoelectric elements
Wariant tytułu
Sterowanie drganiami belki w zakresie wiemodalnym przy zastosowaniu elementów piezoelektrycznych
Autor
Ścisło, Łukasz
Promotor
dr hab. inż. Marek Kozień, prof. PK
Data wydania
2017
Data obrony
18.09.2017
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Słowa kluczowe
vibrations, damping, piezoelectric elements, control algorithms, FEM
tłumienie drgań, elementy piezoelektryczne, algorytmy sterowania, MES
Abstrakt
Piezoelectric elements can be applied to reduce transversal vibrations of beams and plates. For reduction the passive method (dedicated for single freąuency, or set of frequencies) or the active one can be implemented.
Author proposed original method for choosing the value of control voltage based on identification of the bending moment calculated at the place of the piezoelectric elements position. The method makes reduction of vibrations independently to the shape form of the beam possible. The method was verified by numerical simulations for the case of identification of the bending moment, when second derivative of the displacement at the control point was approximately estimated based on the transversal displacement in three points by application of the finite difference scheme.
The alternative attempt was an experimental determination of bending moment by measurement of the longitudinal strain on the external surface of the beam. That process can be done e.g. by usage of strain gauges. The measurements were performed for the fixed-free beam. The beam was kinematic-type excited by electrodynamic shaker. The generated signal madę possible to excite different forms of bending vibrations, especially the multimodal ones. Identification of the bending moment was done under assumption of the linearity of the model, according to procedurę described in the thesis.
Elementy piezoelektryczne można zastosować do minimalizacji poprzecznych drgania belek i płyt. Do redukcji można zastosować metodę pasywną (dedykowaną dla pojedynczej częstotliwości lub zestawu częstotliwości) lub aktywną.
Autor zaproponował oryginalną metodę wyboru wartości napięcia sterującego w oparciu o identyfikację momentu zginającego w miejsce przyklejenia elementów piezoelektrycznych. Metoda umożliwia redukcję drgań i hałasu niezależne formy drgań własnych. Metoda została zweryfikowana przez symulacje numeryczne w celu identyfikacji momentu zginającego, gdy szacowana była druga pochodna przemieszczenia w punkcie kontrolnym, w oparciu o przesunięcie poprzeczne w trzech punktach poprzez zastosowanie schematu różnic skończonych.
W toku badań eksperymentalnych zastosowano wyznaczanie momentu zginającego poprzez pomiar odkształcenia wzdłużnego na zewnętrznej powierzchni belki. Można to zrobić np. przy użyciu łańcucha tensometrycznego. Pomiary przeprowadzono dla belki jednostronnie podpartej. Belka była kinematycznie pobudzana przez wzbudnik elektrodynamiczny. Wygenerowany sygnał umożliwiał wzbudzanie różnych form drgań giętnych, zwłaszcza multimodalnych. Identyfikacja momentu zginającego została przeprowadzona przy założeniu liniowości modelu, zgodnie z procedurą opracowaną i opisaną w pracy.
Klasyfikacja PKT
395119 Układy i zastosowania automatyki i sterowania
