The problem considered in this paper is about the collocation of sensor and actuator for the active control of sound and vibration. It is well-known that a point collocated sensor-actuator pair offers an unconditional stability with very high performance when it is used with a direct velocity feedback (DVFB) control, because the pair has strictly positive real (SPR) property. In order to utilize this SPR characteristics, a matched piezoelectric sensor and actuator pair is considered, but this pair suffers from the in-plane motion coupling problem with the out-of$.$plane motion due to the piezo sensor and actuator interaction. This coupling phnomenon limits the stability and performance of the matched pair with DVFB control. As a new alternative, a point sensor and piezoelectric actuator pair is also considered, which provides SPR property in all frequency range except at the first resonance in very low frequency. This non-SPR resonance could be minimized by applying a phase lag compensator.
Active control of nonlinear vibration of stiffened functionally graded (SFG) cylindrical shell is studied in this paper. The system is subjected to axial and transverse periodic loads in the presence of thermal uncertainty. The material composition is considered to be continuously graded in the thickness direction, also these properties depend on temperature. The relations of strain-displacement are derived based on the classical shell theory and the von Kármán equations. For modeling the stiffeners on the cylindrical shell surface, the smeared stiffener technique is used. The Galerkin method is used to discretize the partial differential equations of motion. Some comparisons are made to validate the SFG model. For suppression of the nonlinear vibration, the linear and nonlinear control strategies are applied. For control objectives, the piezoelectric actuator is attached to the external surface of the shell and the thin ring piezoelectric sensor is attached to the middle internal surface of shell. The effect of PID, feedback linearization and sliding mode control on the suppression of vibration for SFG cylindrical shell is presented.
본 논문에서는 마이크로 변위제어 시스템의 적층형 압전 액츄에이터를 위한 스위칭 증폭 구동회로의 구동방법을 제시하고 성능을 평가하였다. 이 증폭기는 압전 액츄에이터로부터 임의의 용량성 부하에 저장된 에너지를 효율적으로 회수할 수 있는 장점이 있다. 기존의 전압 되먹임 제어 방식은 100mHz의 정현파 기준치 추종시, 총 왜곡율이 -32dB (${\approx}2.5%$)로서, 액츄에이터의 전압과 변위 사이의 비선형적 관계로 인한 오차발생을 확인할 수 있었다. 이를 개선하기 위하여 전하 제어방식을 살펴보았는데, 기존의 직렬 커패시터를 연결하는 대신, 변위 기준치를 미분하고, 이를 출력전류와 비교하는 방식으로 개선하였다. 전하량 되먹임 제어 적용시 변위의 왜곡률은 약 -52dB (${\approx}0.25%$)로서 선형성이 매우 우수한 특성을 보임을 알 수 있다. 마지막으로 살펴본 직접 변위 제어 방식은 구현상의 복잡성으로 성능의 한계가 존재함을 알 수 있다.
Animal-like robots are serving an important role as a linkage between biology and engineering. So, in this paper, we aim to develop a biomimetic microrobot that mimics the locomotion mechanism of a gastropod. This microrobot has 3 DOF (x, y translation and rotation), and has small size, unlimited traveling range, high resolution and low cost. Its movement can be made using propagation wave that is generated by the controllable sinusoidal voltage source and piezoelectric effects. This soft motion that can be generated by propagation wave and piezoelectric mechanism would be useful for the motion on the slippery surface. So we modeled the propagation wave mechanism including piezoelectric effect and friction on the contact surface, and could know the velocity of the microrobot is dependent on the driving frequency, input voltage peak, propagation wavelength and surface friction coefficient. With these results we design the microrobot, and accomplish its fabrication and experimentation. The development of this microrobot shall be aimed to design an autonomous moving actuator like animal. Also it can be used from micromanipulation system technology to biology and medicine.
In the paper, the novel linear ultrasonic motor for precision position control was designed and fabricated. It was composed of two piezoelectric actuators with longitudinal ultrasonic fluctuations and shaking beam. When two AC electric fields ($Usin{\omega}t$, $Ucos{\omega}t$) were applied in two piezoelectric actuators respectively, the middle part of shaking beam had an elliptical trajectory. According to experimental results, good symmetrical characteristic of two piezoelectric actuators were obtained.
Acoustic response control of a corner-pinned plate using piezoelectric wafers was studied, both theoretically and experimentally. Three different sizes of aluminum alloy plates were used and available ball joints were employed to hold the plate at the four corners. The plate with the largest aspect ratio showed the largest and most clear responses to the acoustic excitation in the range of frequencies (0~200Hz), and sound pressure levels (80~100dB) as predicted. The reduction of the acoustic response of the plate by piezoelectric actuator was very significant, more than expected, but abatement of the sound transmission through the plate was only slightly altered by the piezoelectric actuator. This work is an original work extending earlier work with doors excited by acoustic fields. The important difference is the used of ball joints to simulate the joints.
The microstrip patch antenna with PVDF (poly vinylidene fluoride) substrate, were experimentally studied at frequency 6 GHz. During the design of the essential elements of microstrip antenna, EM simulation tool Ensemble V 7.0 is used. We observed the resonant frequency by DC appled electric field in a microstrip patch antenna. This research has been made as an electronically tunable microstrip antenna, taking advantage of the voltage control dielectric substrate and piezoelectric properties substrate. We discuss the effect of substrates, electric field and piezoelectric phenomena in the PVDF microstrip antenna. The antenna frequency can be changed by varying the applied dc voltage. In this paper, we propose, a new technique to agile frequency of the microstrip antenna by using the PVDF piezoelectric substrate.
Thin-walled adaptive structures render a large and important group of adaptive structures. Typical material system used for them is a composite laminate that includes piezoelectric material based sensors and actuators. The piezoelectric active elements are in the form of thin patches bonded onto or embedded into the structure. Among different types of patches, the paper considers those polarized in the thickness direction. The finite element method (FEM) imposed itself as an essential technical support for the needs of structural design. This paper gives a brief description of a developed shell type finite element for active/adaptive thin-walled structures and the element is, furthermore, used as a tool to consider the aspect of mesh distortion over the surface of actuators and sensors. The aspect is of significance for simulation of behavior of adaptive structures and implementation of control algorithms.
The static characteristic of a piezoelectric beam is for finding resonance frequency of the beam. In practice, it is required to analyze the beam with external command circuit including capacitors, inductors, and resistors for control. It means that the proper analysis of a piezoelectric beam with external command circuit is required by a dynamic analysis. We can also got transient and steady-state solution from the analysis. In this paper, the static and dynamic characteristic of the piezoelectric beam using FEM(Finite Element Method) are proposed.
Piezoelectric composite laminates are a powerful material system that offers vast options to improve structural behavior. Successful design of piezoelectric adaptive structures and testing of control laws call for highly accurate, reliable and numerically efficient numerical tools. This paper puts focus onto linear and geometrically nonlinear static and dynamic analysis of smart structures made of such a material system. For this purpose, highly efficient linear 3-node and 4-node finite shell elements are proposed. Both elements employ the Mindlin-Reissner kinematics. The shear locking effect is treated by the discrete shear gap (DSG) technique with the 3-node element and by the assumed natural strain (ANS) approach with the 4-node element. Geometrically nonlinear effects are considered using the co-rotational approach. Static and dynamic examples involving actuator and sensor function of piezoelectric layers are considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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