Vibration Control of a Beam with a Tip Mass using a Lightweight Piezo-composite Actuator

Although piezoelectric materials such as PZT have been widely used as actuators in the field of active vibration suppression, the use of bare PZT as an actuator may cause some drawbacks such as critical breaks in the installation process, short circuits in the host material and low fatigue performance. The LIPCA-C2 (lightweight piezocomposite actuator) was developed to alleviate these problems. We implemented the LIPCA as an actuator to suppress the vibration of an aluminum cantilever beam with a tip mass. In our test, we used positive position feedback control algorithm. The filter frequency for this type of feedback should be tuned to the natural frequency of the target mode. The first three experimental natural frequencies of the aluminum cantilever beam agree well with the results of finite element analysis. The effectiveness of using the LIPCA as an actuator in active vibration suppression was investigated with respect to the time and frequency domains, and the experimental results show that LIPCAs with PPF control can significantly reduce the amplitude of forced vibrations and the settling time of free vibrations. For a case study, the forced vibration control of several beams with different thicknesses were performed.

경량 압전 복합재료 작동기를 이용한 끝단 질량이 부착된 보의 진동 제어

PZT와 같은 압전 재료는 능동 진동 억제 분야에서 널리 사용되고 있지만 단일 PZT의 경우 장착 과정에서의 손상, 전기 누전, 낮은 피로 성능과 같은 문제가 지적되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 개발된 LIPCA 작동기는 여러 층의 복합재료와 PZT 층으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 LIPCA 작동기를 끝단 질량이 부착된 알루미늄 외팔보의 진동을 억제하는데 적용하였다. 양변위 되먹임 제어 알고리듬을 사용하였으며, 필터 주파수를 대상 모드의 첫 번째 고유진동수에 맞추었다. 실험적으로 구한 알루미늄 보의 고유 진동수는 유한요소 해석의 결과와 잘 일치하였다. LIPCA 작동기를 능동 진동제어에 적용할 때 효율성을 시간과 주파수 영역에서 확인하고자 하였는데, 실험 결과 PPF제어를 사용한 LIPCA 작동기가 자유 진동의 안정화 시간과 강제 진동의 진폭을 효과적으로 제어할 수 있었다. 사례 연구로 다른 두께를 가지는 보의 강제 진동 제어를 수행하였다.