Experimental approach to the design of piezo-active structure

• Autorzy: Gosiewski Z. , Czapko Ł. , Koszewnik A.

Warianty tytułu

PL

Eksperymentalne podejście przy projektowaniu układów aktywnego sterowania drganiami konstrukcji z wykorzystaniem elementów piezoelektrycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The examination of a smart beam is presented in the paper. Experimental investigations were carried out for flexible beam with one fixed end and free opposite end. Piezoelectric strips were glued on both sides of the beam. One strip works as a sensor, and the second one as an actuator. It is a single input and single output system. The study focuses on the analysis of natural frequencies and modes of the beam in the relation to the position of the piezoelements. The natural frequencies, mode shapes, generated control forces, and levels of the measured signals are considered and calculated as a functions of the piezoelement locations. We have found correlations between mode shapes, changes of natural frequencies, control forces and measured signals for the lowest four modes. In this way, we can find the optimal localization of the distributed sensors and actuator on the mechanical structure directly by the using of the finite elements method (FEM).

PL

Szybkie prototypowanie układu aktywnego sterowania drganiami wybranych konstrukcji z wykorzystaniem elementów piezoelektrycznych realizowane jest w czterech etapach: 1. Określenie optymalnego położenia piezoelementów pomiarowych i wykonawczych na konstrukcji dla przyjętych kryteriów. 2. Przyklejenie piezoelektryków i eksperymentalna identyfikacja modelu układu otwartego. 3. Zaprojektowanie praw sterowania i ich implementacja w wybranych sterownikach. 4. Weryfikacja eksperymentalna działania układu zamkniętego. W artykule skoncentrowano się na rozwiązaniu problemów związanych z pierwszym etapem. Badania przeprowadzono dla stalowej belki wraz przyklejonymi do niej obustronnie piezoelementami. Jeden z piezoelementów pracuje jako aktuator drugi zaś jako sensor. Przesuwając paski piezoelektryczne wzdłuż belki wyliczono zmiany wartości naturalnych częstotliwości własnych drgań belki, postaci drgań, sił sterujących oraz sygnałów pomiarowych. Na podstawie zebranych danych symulacyjnych zostały utworzone macierze korelacyjne dla pierwszych czterech postaci drgań. Wszystkie prezentowane badania zostały wykonane z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Wyznaczono położenia piezoelektryków dla których uzyskuje się największe wartości modalnych sił sterujących i modalnych sygnałów pomiarowych.

Słowa kluczowe

EN

vibration; piezoelectric stripe; FEM; vibration control; active beam; control forces; mode shape

PL

drgania; piezoelement; belka aktywna; siła sterująca; postać drgań; MES (metoda elementów skończonych)

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. LIV, nr 2
• Strony: 155--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tabl.

Twórcy

autor

Gosiewski Z.

autor

Czapko Ł.

autor

Koszewnik A.

• Mechanical Department, Białystok Technical University, ul. Wiejska 45c, 15-351 Białystok,

Bibliografia

• [1] Janocha H. (Ed.): Adaptronics and Smart Structures. Springer – Verlag Berlin 1999.
• [2] Preumount A.: Vibration Control of Active Structures, Kluwier Academic Publishers, 2003, pp. 55÷75.
• [3] Gosiewski Z.: Active Control of Rotor Vibration (in Polish). Monograph No 27, Technical University of Koszalin, 1989.
• [4] Gosiewski Z.: Identification of flexible structure model for piezoelectric vibration control, AGH Mechanics, Vol. 24, No. 2, 2005, pp. 61÷67.
• [5] Seto K.: Modeling strategy suited to motion and vibration control for flexible structures, Proceedings of the 7 th International Conference on Motion and Vibration Control, MOVIC 2004, pp. 1÷18.
• [6] Guang M., Wenming Z.: Active vibration control of micro-cantilever beam in MEMS, Proceedings of the 2004 International Conference on Intelligent Mechatronics and utomotion, China, 2004, pp. 272÷276.
• [7] Pietrzakowski M. : Active Damping of Beams by Piezoelectric System: Effect of Bonding Layer Properties, Journal of Solid and Structures, 2001, pp. 7885÷7897.