Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wybrane wyniki badań prototypu wielokomórkowego silnika piezoelektrycznego

Ryndzionek R., Michna M., Rouchon J. F., Ronkowski M.

Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe

|

2015

|

Nr 4 (108)

143--148

PL

W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań prototypu nowego wielokomórkowego silnika piezoelektrycznego (WSP). Badany silnik jest przeznaczony do zastosowania w układzie sterowania położeniem fotela w pojazdach samochodowych. Koncepcja struktury elektromechanicznej rozważanego WSP bazuje na trzech rezonansowych aktuatorach piezoelektrycznych o modulowanym ruchu obrotowym. Struktura elektromechaniczna każdego z trzech aktuatorów stanowi niezależną "pojedynczą komórkę" (pojedynczy moduł). Przyjęta struktura WSP zapewnia odpowiednie wartości zarówno momentu obrotowego, jak i prędkości obrotowej, wymaganych w układzie sterowania położeniem fotela. Ponadto, zastosowanie WSP umożliwia zbudowanie zintegrowanej struktury, zwiększonej wydajności oraz bezgłośnej pracy w układzie przeniesienia napędu, także obniżenia kosztów produkcji całego układu, a w ogólności obniżenia poziomu zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Przedstawione wyniki badań, przeprowadzone metodą analityczną i doświadczalną, obejmują charakterystyki mechaniczne prototypu WSP.

EN

In this paper chosen analysis results of the prototype multicell piezoelectric motor (MPM) have been presented. The prototype MPM is dedicated for control the car seat position. A concept of the electromechanical structure of the considered prototype is based on the three rotating-mode actuators. The electromechanical structure of each actuator has been considered as an independent one – referred to as a "single cell" (single module). The assumed MPM structure generates adequate values of the rotating torque and speed that is required in the control of the car seat position system. Moreover, the application of the MPM enables to built an integrated structure, increased efficiency and low noise performance in the power train system, also a low cost manufacturing of the whole system, and in general a lower pollution of the environment. The research results, carried out using analytical and experimental methods, covered the mechanical characteristics of the prototype MPM.

2

Symulacyjne badanie skutków degradacji połączenia piezoaktuatora z belką

Hoffman G, Nowak R., Pietrzakowski M

Symulacja w Badaniach i Rozwoju

|

2012

|

Vol. 3, nr 1

19--28

PL

Efektywność współpracy piezoelektrycznego aktuatora z układem głównym zależy między innymi od jakości połączenia. Dlatego też degradacja warstwy łączącej jest ważnym aspektem badawczym. W niniejszej pracy przedmiotem badań jest belka swobodnie podparta z przyklejonym na jej powierzchni piezoelektrycznym aktuatorem, którego działanie wywołuje zginanie belki. Uszkodzenie zamodelowano jako zmianę sztywności ścinania warstwy kleju w ustalonym, zdegradowanym obszarze wzdłuż brzegu aktuatora. W celu weryfikacji modeli MES (opracowanych w dwóch programach ABAQUS i ANSYS) porównano wyniki symulacji z wynikami uzyskanymi metodą analityczną. Skupiono się na porównaniu rozkładów naprężeń stycznych w warstwie kleju w części uszkodzonej i nieuszkodzonej, ugięć belki oraz charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych w przypadku różnych sztywności warstwy. Uzyskana dostateczna zgodność wyników uzasadnia poprawność zastosowanych modeli MES.

EN

Efficiency of a piezoelectric actuator-beam interaction depends on the coupling quality. That is why glue layer degradation is one of the important research problems. Consideration of a simply supported beam with a surface mounted piezoelectric patch, which operates in bending mode, has been presented in this article. The glue degradation has been modeled as a modification of shear stiffness within the assumed area along the actuator edge. Verification of the FEM models (built using two programs ANSYS and ABAQUS) was performed comparing results with those obtained applying the analytical method. The comparison is focused on the results such as shear stresses distributions within the damaged and undamaged glue layer, beam deflections and amplitude-frequency characteristics calculated for different shear stiffness values. The results are in quite good agreement and prove correctness of the applied FEM models.

3

Sterowanie optymalne inteligentną kratownicą

Grzybek D.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2012

|

R. 16, nr 10

62-67

PL

W wielu obszarach przemysłu poszukuje się rozwiązań konstrukcyjnych, które charakteryzują się wysokim współczynnikiem tłumienia drgań oraz mają małą masę. Są to wymagania przeciwstawne, gdyż zwykle lekkie konstrukcje charakteryzują się niskim współczynnikiem tłumienia drgań. Konstrukcją, która może spełniać te przeciwstawne oczekiwania jest kratownica, w której jeden lub więcej prętów zostaje zastąpionych przez odpowiednio skonstruowane elementy zawierające aktuator piezoelektryczny. Zastosowanie takich elementów, nazywanych dalej aktywnymi prętami, pozwala na generowanie sił sterujących, które działają w wybranych węzłach na konstrukcję kratową. Kratownica staje się więc obiektem sterowania. Oczekiwanym efektem sterowania jest niwelowanie wpływu zewnętrznych oddziaływań (np. wiatru) na przebieg przemieszczeń i prędkości węzłów kratownicy. Realizacja praktyczna układu sterowania taką kratownicą jest zadaniem trudnym, gdyż wymaga bardzo wysokiej precyzji wykonania aktywnych prętów, co związane jest ze specyfiką generowania siły przez materiał piezoelektryczny. Piezoelektryk generuje siłę, jeśli zostanie wyeliminowana możliwość zwiększenia jego wymiarów. Trudnym zadaniem jest projekt algorytmu sterowania, przede wszystkim ze względu na to, że kratownica z aktywnymi prętami jest obiektem sterowania z wieloma wejściami i wyjściami. W różnych ośrodkach naukowych prowadzone są badania zarówno prototypów konstrukcji aktywnych prętów, jak i algorytmów sterowania. W obszarze badań algorytmów sterowania można wyróżnić układy, w których prawo sterowania generowane jest na podstawie minimalizacji wskaźnika jakości. W tym obszarze zawiera się treść artykułu, w którym przedstawiono wyniki badań symulacyjnych układu sterowania przykładową kratownicą, z zastosowaniem optymalnego algorytmu LQR oraz pełnego obserwatora stanu Luenbergera. Zasadniczym celem artykułu jest przedstawienie możliwości sterowania kratownicą z wykorzystaniem aktuatorów piezoelektrycznych. Zwrócono uwagę na związek między lokalizacją aktywnych prętów a uzyskiwanymi wynikami sterowania. Na podstawie przeprowadzonej analizy wyników symulacji stwierdzono, że wprowadzenie aktywnych prętów do struktury kratownicy oraz zastosowanie układu sterowania z algorytmem LQR i obserwatorem stanu może w istotny sposób wpłynąć na zwiększenie zdolności tłumienia drgań przez taką konstrukcję, bez konieczności zwiększania masy.

EN

The structures, which have a high coefficient of the vibration damping and have simultaneously low mass, are sought after in many areas of industry. These requirements are contrary because the light structures usually have a low coefficient of the vibration damping. A structure, which would fulfill such expectations, is a truss, in which one or more members are replaced by properly built element containing piezoelectric actuator. The application of such elements, called the active members, enables a generation of the control forces which act in selected nods on the truss. Such a truss becomes the control object. The expected effect of control is a counteraction of the external influences(for example by wind) on the courses of displacements and speeds of the truss nods. The practical realization of the control system of such truss is difficult task because in the carrying out of the active members a high precision is required. High precision is connected with a force generation by the piezoelectric material. A project of the control algorithm is also difficult, because the truss with active members is MIMO control object. The researches of the active member prototypes, as well as the control algorithms, are conducted in many scientific centers. The control systems with the generation of the control low on the basis of the quality coefficient minimization are often the object of the researches. This article presents the results of simulation research for the control system of exemplary truss with the use of LQR algorithm and full state observer of Luenberger. A basic purpose of this article is the presentation of the possibility of the truss control with the use of the piezoelectric actuators. In the centre of the attention here is the connection between the localization of active member and the control results. On the basis of the conducted simulation researches there can claim that the introduction of the active members to the truss structure and the application of the control system with LQR algorithm and full state observer of Luenberger would influence on the increase of vibration damping of such structure, without the increasing of the truss mass.

4

Drgania w układach wyposażonych w przetworniki piezoelektryczne

Kołton W., Trawiński T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2012

|

Vol. 53, nr 9

117-120

PL

W artykule tym przedstawiono modele matematyczne aktuatorów piezoelektrycznych w zastosowaniu do zadań mikropozycjonowania. Pierwszy opisujący zachowanie się samego aktuatora, bez uwzględnienia jego mocowania [5, 7, 10], natomiast drugi uwzględniający parametry mechaniczne mocowania aktuatora. Obydwa modele zaimplementowano w środowisku MATLAB i przeprowadzono ich symulacje, których wyniki porównano z wynikami uzyskanymi drogą pomiarową. Modele sformułowano dla rzeczywistych aktuatorów piezoelektrycznych o wymiarach 2 x 3 x 0,5 mm, w których zastosowano materiał PZT26 firmy Ferroperm.

EN

In this paper are presented two mathematical models of piezoelectric actuators. The first describes the behavior of the actuator, without considering its attachment [5,7,10], and the second takes into account the mechanical parameters of the actuator mounting. Both models are implemented in MATLAB and carried out their simulations, the results were compared with those obtained by measurement. Under research mathematical models were formulated for real piezoelectric actuators with dimensions 2 x 3 x 0,5 mm, using the material's Ferroperm PZT26. In addition, the article presents a high-voltage amplifier, used to control the piezoelectric actuator of the test.

5

Przegląd wybranych topologii aktuatorów piezoelektrycznych

Ryndzionek R., Sienkiewicz Ł., Szłabowicz W., Grzywacz M., Ronkowski M.

Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe

|

2011

|

Nr 4(92)

115-120

EN

The aim of this paper is to present the theoretical background, gather essential knowledge to further research and to build measurement stand for acquiring characteristics of piezoelectric motors. The fundamentals of piezoelectric phenomenon have been presented. Chosen topologies of piezo-actuators working in special applications (especially robotics, automotive industry and aeronautics) have been described. Special emphasis was put on traveling wave ultrasonic motors, high torque piezo-motors and multiple degrees of freedom novel piezo-motors. The automatic method of obtaining characteristics of piezoelectric actuators was presented. The main attributes of piezo-drives have been discussed.

6

Suppression of self-excited vibration in cutting process using piezoelectric and electromagnetic actuators

Parus A., Pajor M., Hoffmann M.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2009

|

Vol. 33, nr 4

35-50

EN

This paper describes the reduction of self-excited vibrations with controlled eliminators containing a piezoelectric actuator and an electromagnetic system. The results of numerical simulations and experimental investigations confirm the effectiveness of the eliminators. The simulations were conducted with a Matlab - Simulink system. The experimental verification was conducted at a workstation simulating the cutting process, and also on an NC machine tool.

PL

W artykule przedstawiono sterowane eliminatory do tłumienia drgań samowzbudnych podczas frezowania. W konstrukcji eliminatorów zastosowano aktuator piezoelektryczny oraz układ elektromagnesów. Omówiono wyniki symulacji numerycznych oraz badań doświadczalnych, które potwierdzają skuteczność działania eliminatorów. Badania symulacyjne wykonano w systemie Matlab-Simulink. Weryfikację doświadczalną prowadzono na stanowisku symulującym proces skrawania, a także podczas badań pracą na obrabiarce numerycznej.

7

Stateczność kolumny przegubowej z aktuatorami piezoelektrycznymi

Przybylski J., Gąsiorski G., Sokół K.

Modelowanie Inżynierskie

|

2008

|

T. 5, nr 36

249-256

PL

W pracy zbadano wpływ siły piezoelektrycznej generowanej przez dwa aktywatory na obciążenie krytyczne kolumny z przegubem wzmocnionym sprężyną rotacyjną. Rozpatruje się różne warunki podparcia kolumny ograniczające przemieszczenia osiowe jej końców. Na podstawie zasady wariacyjnej w odniesieniu do funkcjonału energii potencjalnej przy uwzględnieniu równań konstytutywnych materiału piezoelektrycznego wyprowadza się równanie opisujące związek między siłą generowaną przez aktywatory a siłą osiową rozcigając kolumn. Badania numeryczne dotyczą wpływu położenia piezosegmentu i przegubu oraz relacji sztywności na ściskanie piezoaktuatorów do sztywności kolumny na jej obciążenie krytyczne, a następnie także wpływu naprężenia residualnego na stateczność układu.

EN

The problem of buckling of continuous slender columns is one of the main subjects of the structural mechanics. In many engineering applications a column can be treated as a system of articulated segments with joints strengthen by rotational springs. The purpose of this work is to examine the influence of the piezoelectric force induced by two colocally bonded actuators on the buckling load of an internally hinged column with a rotational spring. Different ways of supporting of the column with axially restrained ends are considered. The stress stiffening equation leading to establishing the relation between the piezoelectric force and the axial force stretching the column was derived by using the variational principle. Numerical investigations concern the influence of the location of piezoceramics and the hinge as well as the relation between the axial stiffness of the piezo to that of the column on the critical buckling load. it is shown also that the stress stiffening can be used to counteract the effect of a compressive force leading to the instability of the column.

8

Excitation zones optimization for piezoelectric structures

Bansevicius R., Kulvietis G., Mazeika D.

Archives of Civil Engineering

|

1999

|

Vol. 45, nr 2

137-146

EN

This paper presents a study of optimization of the electrodes dislocation of piezoelectric actuators. The following conditions of optimization problem are considered: to unify excitation voltage forms, to achieve reverse motion and maximum coefficient of efficiency. Realisation of this requirement means that generator has to supply voltage of constant frequency, amplitude and phase, reverse motion must be achieve only through changing the polarity of the electric flux and the surface of the piezodrive is fully covered with electrodes. When all aforementioned conditions are achieved, any mode shape of piezoelectric actuator could be obtained by changing polarity of the voltage, supplied to the particular electrode. In order to find the sign of the polarity, corresponding to the certain modal shape, the comparison must be done between directions of the vector of amplitude of the equivalent mechanical force and particular eigenvector of the actuator. If the direction of displacement eigenvector of the piezodrive and the vector of amplitudes of the equivalent mechanical force is the same or similar i.e. the angle is within the limits [—pi/2, pi/2], then the polarity of the voltage, supplied to particular electrode have initial sign. In other case the sign of polarity must be changed. FEM modelling is performed in calculating process. The results of calculations of excitation zones dislocation of the piezoelectric actuators are shown under two optional conditions of fixing.

PL

Praca przedstawia optymalizację rozmieszczenia elektrod w aktuatorach piezoelektrycznych. Rozważa się następujące warunki zagadnienia optymalizacyjnego: ujednolicenie kształtu napięcia wzbudzjącego, uzyskanie ruchu wstecznego i maksymalnego współczynnika sprawności. Spełnienie tych wymagań oznacza, że generator musi dostarczać napięcia o stałej częstotliwości, amplitudzie i fazie; ruch wsteczny musi być uzyskany wyłącznie przez zmianę biegunowości przepływu, a powierzchnia napędu piezoelektrycznego musi być całkowicie pokryta elektrodami. Gdy wszystkie wymienione wyżej warunki są spełnione, można uzyskać dowolny kształt działania aktuatora przez zmianę biegunowości napięcia dostarczanego do danej elektrody. Aby znaleźć znak biegunowości odpowiadającej danemu kształtowi modalnemu, należy dokonać porównania między kierunkami wektora amplitudy odpowiedniej siły mechanicznej i szczególnego wektora własnego aktuatora. Jeśli kierunek wektora własnego przemieszczeń napędu piezoelektrycznego i wektora amplitud równoważnej siły mechanicznej jest taki sam lub podobny, tzn. kąt mieści się w granicach [—pi/2, pi/2], wtedy biegunowość napięcia dostarczanego do danej elektrody ma znak początkowy. W przeciwnym przypadku znak biegunowości musi zostać zmieniony. Modelowanie MES dokonuje się w trakcie procesu obliczeniowego. Wyniki obliczeń dotyczące rozmieszczenia stref wzbudzenia aktuatorów piezoelektrycznych są pokazane przy dwóch przykładowo założnych warunkach zamocowania.