實驗名稱：基于逆整形的錐形介電彈性體隔振性能驗證

測試設備：高壓放大器、信號發生器、激光傳感器、錐形介電彈性體驅動器、激振器、電腦等。

實驗過程：

圖1：基于逆整形控制的錐形介電彈性體主動隔振系統示意圖

搭建如圖1所示的隔振系統，采用丙烯酸和碳膏制作錐形介電彈性體驅動器，給與一定的預拉伸率和附加質量。剛性支撐結構將介電彈性體驅動器與激振器剛性連接，由信號發生器給出不同的激振信號，控制器為基于逆整形的主動隔振控制器，控制器由平方根非線性補償器、PID反饋控制器和A-EID逆整形器組成。控制信號通過高壓放大器進行放大，以電壓信號的形式施加到錐形介電彈性體驅動器上。由激光位移傳感器和數據采集裝置將輸出的位移信號同時反饋給電腦和控制器，反饋信號輸入控制器以形成反饋控制閉環，同時在電腦上顯示并等待處理分析，測試錐形介電彈性體驅動器在施加控制前后的時域、頻域的響應曲線及位移傳遞系數曲線，以評估系統的減振性能并對比分析。

實驗結果：

圖2：主動隔振系統對5Hz單頻諧振的隔振效果（a)主動隔振和被動隔振的隔振效果比較；b)兩種主動控制方法的隔振效果比較）

驗證系統對于單頻諧波振動的隔振性能，諧波振動在往復式機械設備和不平衡的電動機中很常見，其振動頻率通常與運行速度有關。將錐形介電彈性體執行器放置在激振器和7.1g的負載質量之間，激振器向基座施加幅值為1mm，頻率分別為5Hz，15Hz，20Hz的單頻正弦信號，控制器向DEA施加主動控制，測量負載質量的運動位移以評估系統的主動隔振效果。如圖2所示，對于5Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動隔振控制的系統振動幅值為1.03mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.092mm，振動在被動隔振的基礎上降低了91.07%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.089mm，振動降低了91.36%，兩種隔振效果差別不大。

圖3：系統對15Hz單頻諧振的隔振效果（a)主動隔振和被動隔振的隔振效果比較；b)兩種主動控制方法的隔振效果比較）

如圖3所示，對于15Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動隔振控制的系統振動幅值為1.37mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.031mm，振動在被動隔振的基礎上降低了97.74%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.012mm，振動降低了99.12%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制幾乎完全隔離了振動。如圖4所示，對于20Hz的單頻正弦激振信號，未施加主動隔振控制的系統振動幅值為1.93mm，單獨的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.023mm，振動在被動隔振的基礎上降低了98.81%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制下的最大振動幅值為0.003mm，振動降低了99.84%，基于A-EID逆整形的PID反饋控制幾乎完全隔離了振動。

圖4：系統對20Hz單頻諧振的隔振效果（a)主動隔振和被動隔振的隔振效果比較；b)兩種主動控制方法的隔振效果比較）

驗證系統對于線性時變振動的隔振性能，將錐形介電彈性體執行器放置在激振器和7.1g的負載質量之間，激振器向基座施加幅值為1mm，頻率在5-30Hz范圍內按1Hz?s的掃頻速率線性增加的正弦掃頻信號，控制器向DEA施加主動控制，測量負載質量的運動位移以評估系統的主動隔振效果。如圖5所示，相較于單獨的PID反饋控制，基于A-EID逆整形的PID反饋控制在整個掃頻頻段的隔振效果更好，尤其在DEA的共振區附近的振動隔離能力最強。

圖5：系統對掃頻信號的隔振效果（a)主動隔振和被動隔振的隔振效果比較；b)兩種主動控制方法的隔振效果比較）

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審核編輯 黃宇