The performance of a mixed $H_{\infty}/H_2$ design with pole placement constraints based on robust vibration control for a piezo/beam system is investigated. The governing equation of motion for the piezo/beam system is derived by Hamilton's principle. The assumed mode method is used to discretize the governing equation into a set of ordinary differential equation. A robust controller is designed by $H_{\infty}/H_2$ feedback control law that satisfies additional constraints on the closed-loop pole location in the face of model uncertainties, which are derived for a general class of convex regions of the complex plane. These constraints are expressed in terms of linear matrix inequalities (LMIs) approach for the multiobjective synthesis. The validity and applicability of this approach for vibration suppressions of SMART structural systems are discussed by damping out the multiple vibrational modes of the piezo/beam system.
This study used a volumetric method for design. The control group used waste Liquid Crystal Displayplay (LCD) glass powder to replace cement (0%, 10%, 20%, 30%), and the PZT group used Pd-Zr-Ti piezoelectric (PZT) powder to replace 5% of the fine aggregate to make cement mortar. The engineering and the mechanical and electricity properties were tested; flow, compressive strength, ultrasonic pulse velocity (UPV), water absorption and resistivity (SSD and OD electricity at 50 V and 100 V) were determined; and the correlations were determined by linear regression. The compressive strength of the control group (29.5-31.8 MPa) was higher than that of the PZT group (25.1-29 MPa) by 2.8-4.4 MPa at the curing age of 28 days. A 20% waste LCD glass powder replacement (31.8 MPa) can fill up finer pores and accelerate hydration. The control group had a higher 50 V-SSD resistivity ($1870-3244{\Omega}.cm$), and the PZT group had a lower resistivity ($1419-3013{\Omega}.cm$), meaning that the resistivity increases with the replacement of waste LCD glass powder. This is because the waste LCD glass powder contains 62% $SiO_2$, which is a low dielectric material that is an insulator. Therefore, the resistivity increases with the $SiO_2$ content.
This paper presents an integrated variable amplitude high voltage pulse generation circuit with low power and small size for driving industrial piezoelectric printer heads. To solve the problems of large size and power overhead of conventional pulse generators that usually assembled with multiple high-cost discrete ICs on a PCB board, we have designed a new integrated circuit (IC) chip. Since all the functions are integrated on to a single-chip it can achieve low cost and control the high-voltage output pulse with variable amplitudes as well. It can also digitally control the rising and falling times of an output high voltage pulse by using programmable RC time control of the output buffer. The proposed circuit has been designed and simulatedd in a 180[nm] Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) technology using HSPICE and Cadence Virtuoso Tools. The proposed single-chip pulse generation circuit is suitable for use in industrial printer heads requiring a variable high voltage driving capability.
의료용 초음파 진단 장치나 표적을 탐지하는 소나 등에 사용되는 초음파 트랜스듀서 어레이는 정도 높은 정보를 얻기 위해 목적에 맞는 지향특성이 요구되어진다. 본 연구에서는 사용 목적 따라 지향 특성을 가변할 수 있는 초음파 트랜스듀스 어레이를 제안하였다. 제안한 초음파 트랜스듀서 어레이는 전기적 용량으로 제 2 차 모드의 효율을 제어할 수 있는 2층 구조 트랜스듀서를 이용하여 트랜스듀서 어레이의 빔 폭을 제어하였다. 이것을 시험 제작하여 이론 및 실험적으로 해석한 결과 주엽의 -3 dB 빔 폭을 7.6° ∼ 16.2°의 범위에서 제어 가능함을 확인하였다.
Optical fiber sensors have been proven that they have the potential to detect high-frequency ultrasonic signals, in structural health monitoring field which generally refers to acoustic emission signals from active structural damages and guided waves excited by ultrasonic actuators and propagating in waveguide. In this work, the sensing properties of optical fiber sensors based on Mach-Zehnder interferometer were investigated in the metal plate. Analytical formulas were conducted first to explore the parameters affecting its sensing performances. Due to the simple and definable frequency component, the Lamb wave excited by the piezoelectric wafer was employed to study the sensitivity of the proposed optical fiber sensors with respect to the frequency, rather than the acoustic emission signals. In the experiments, according to above investigations, spiral shape optical fiber sensors with different size were selected to increase their sensitivity. Lamb waves were excited by a circular piezoelectric wafer, while another piezoelectric wafer was used to compare their voltage responses. Furthermore, by changing the excitation frequency, the tuning frequency characteristic of the proposed optical fiber sensor was also investigated experimentally.
본 논문에서는 최근, 압전 변압기 기술의 급속한 발전을 이용하므로 자계의 잡음이 없고, 크기가 소형화되며 고효율과 고 전력 밀도, 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없는 점을 이용하여 전기적인 등가회로를 적용하여 DC-DC 컨버터를 구현 하였다. 유도전동기 회전자 속도 개념에 자속 기준 모델 적용 시스템(FMRAS)을 적용하였다. 유도전동기의 벡터제어는 회전자 속도 정의의 추정값을 이용하여 실행 할 수 있고, 부가된 변화되는 모델로 회전자 목표값 계산을 수행 할 수 있다. 이 시스템은 PWM 공간 전압기법과 DC-DC 컨버터를 이용하여 벡터전류제어와 속도제어를 위한 PI제어기로 구성되어 있다. 제어를 위한 실행과 높은 속도계산을 디지털 신호 원칩 마이크로프로세서에 의해 수행 되었고, 시뮬레이션과 실험을 통해서 다양한 제어 방법의 타당성을 제시 하였다.
Xiao, Hongbing;Du, Yu;Bai, Chunyu;Guo, Zerong;Yen, Kang K.
Journal of Power Electronics
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제14권1호
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pp.183-193
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2014
Due to the requirements for high reliability and accuracy, safety issues for airbag ignition systems need to be studied. In this paper, a high-voltage piezoelectric converter is designed to improve these requirements in airbag ignition systems. The proposed converter includes an inverter drive circuit, a Rosen piezoelectric transformer (PZT), an output circuit and a feedback control circuit. The key components of the high-voltage piezoelectric transformer are analyzed in detail. In addition, the proposed converter system is simulated and implemented for testing. The experimental results show that when the power supply is turned on, the charging time is less than 800ms. Furthermore, the output voltage of this converter can be kept between 2.9kV and 3.1kV, under high-efficiency constant current charging mode and zero-voltage switching conditions.
This study was conducted to develop an non-contact ultrasonic transducer for measurement of fruit firmness. The center frequency of non-contact ultrasonic transducer was 500 kHz. As an active element of non-contact ultrasonic transducer, the 1-3 piezoelectric composite material was selected. That material has high piezoelectric properties such as electro-mechanical coupling factor, $k_t$ and piezoelectric voltage constant, $d_{33}$ and also that material has low acoustical impedance which enables to matching the acoustical impedances between piezoelectric material and air. As a front matching material between 1-3 piezoelectric composite material and air, various kinds of paper with different thickness were tested. To control the dead-zone of the fabricated non-contact ultrasonic transducer, the backing material composed of epoxy resin and tungsten powder were made and evaluated. The fabricated non-contact ultrasonic transducer for fruit showed that the cneter frequency, bandwidth and beamwidth were approximately 480 kHz, 30 % and 12 mm, respectively. It was concluded that non-contact measurement of apple firmness would be possible by using the fabricated non-contact ultrasonic transducer.
Nowadays developments in the field of laminated composite structures with piezoelectric have attracted significant attention of researchers due to their wide range of applications in engineering such as sensors, actuators, vibration suppression, shape control, noise attenuation and precision positioning. Due to large number of parameters associated with its manufacturing and fabrication, composite structures with piezoelectric display a considerable amount of uncertainty in their material properties. The present work investigates the effect of the uncertainty on the free vibration response of piezoelectric laminated composite plate. The lamina material properties have been modeled as independent random variables for accurate prediction of the system behavior. System equations have been derived using higher order shear deformation theory. A finite element method in conjunction with Monte Carlo simulation is employed to obtain the secondorder statistics of the natural frequencies. Typical results are presented for all edges simply supported piezoelectric laminated composite plates to show the influence of scattering in material properties on the second order statistics of the natural frequencies. The results have been compared with those available in literature.
The present contribution is concerned with the static and dynamic stability of a piezo-laminated Bernoulli-Euler beam subjected to an axial compressive force. Recently, an inconsistent derivation of the equations of motions of such a smart structural system has been presented in the literature, where it has been claimed, that an axial piezoelectric actuation can be used to control its stability. The main scope of the present paper is to show that this unfortunately is impossible. We present a consistent theory for composite beams in plane bending. Using an exact description of the kinematics of the beam axis, together with the Bernoulli-Euler assumptions, we obtain a single-layer theory capable of taking into account the effects of piezoelectric actuation and buckling. The assumption of an inextensible beam axis, which is frequently used in the literature, is discussed afterwards. We show that the cited inconsistent beam model is due to inadmissible mixing of the assumptions of an inextensible beam axis and a vanishing axial displacement, leading to the erroneous result that the stability might be enhanced by an axial piezoelectric actuation. Our analytical formulations for simply supported Bernoulli-Euler type beams are verified by means of three-dimensional finite element computations performed with ABAQUS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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