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压电陶瓷振动传感器的迟滞非线性误差补偿研究

更新时间:2019-12-29 23:13:19 大小:2M 上传用户:IC老兵查看TA发布的资源 标签:压电陶瓷振动传感器 下载积分:1分 评价赚积分 (如何评价?) 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对振动测试中压电陶瓷传感器的迟滞非线性会影响检测精度的问题,分析了压电陶瓷的微观极化机理,解释了压电陶瓷传感器产生迟滞非线性的原因。为了有效补偿压电陶瓷的迟滞非线性,提高检测精度,提出了一种可以反映压电陶瓷传感器非对称迟滞特性的改进Bouc-Wen模型,研究并给出了模型参数对迟滞曲线的大小、形状及平稳性影响关系和逆模型的求取方法。利用改进Bouc-Wen逆模型作为补偿器来补偿压电陶瓷传感器的迟滞非线性,实验验证结果表明:采用逆补偿后,校正位移总是能够很好跟踪传感器的实际输入位移,有效保证了检测精度。


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37  
23  
JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK  
Vol. 37 No. 23 2018  
 
  
陶瓷振动非线性补偿研究  
1
2
2
1
, , ,  
陈高国 郭 宏 李志  
( 1.  
技大子信息原  
030024; 2.  
技大机械工原  
030024)  
:
振动测试陶瓷器的非线性影响测精问题 分析陶瓷观极化机  
, ,  
陶瓷非线性补偿陶瓷非线性 测精可  
Bouc-Wen  
、  
型 研究并给参数滞曲线的大稳  
反映陶瓷滞特进  
Bouc-Wen  
影响求取进  
作为补偿补偿陶瓷器的非线性 验验  
: , ,  
结果补偿总是很好器的测精度  
: ; ; ; ;  
关键陶瓷非线性 补偿 测精度  
: TP212 : A DOI: 10. 13465 /j. cnki. jvs. 2018. 23. 038  
文献标志码  
图分类号  
Error compensation for hysteresis nonlinearity of piezoelectric ceramic vibration sensors  
1
2
2
1
CHEN Gaohua YAN Xianguo GUO Hong LI Zhifei  
( 1. School of Electronic Information EngineeringTaiyuan University of Science and TechnologyTaiyuan 030024China;  
2. School of Mechanical EngineeringTaiyuan University of Science and TechnologyTaiyuan 030024China)  
Abstract:  
The hysteresis nonlinearity of piezoelectric ceramic sensors affects detection accuracy in vibration  
measurement. Herethe micro-polarization mechanism of piezoelectric ceramics was analyzed and the reason why  
piezoelectric ceramic sensors have hysteresis nonlinearity was explained. In order to effectively compensate the hysteresis  
nonlinearity of piezoelectric ceramics and improve the detection accuracya modified Bouc-Wen model to reflect the  
asymmetric hysteresis feature of piezoelectric ceramic sensors was proposed. The effects of model parameters on  
magnitudeshape and stationarity of hysteresis curves were analyzed. The solving method of the inverse model was  
derived. The modified Bouc-Wen inverse model was taken as a compensator to compensate the hysteresis nonlinearity of  
piezoelectric ceramic sensors. The test results showed that after using the inverse compensationthe corrected  
displacement can always track the actual input displacement of the sensor to effectively guarantee its detection accuracy.  
Key words: piezoelectric ceramic sensor; hysteresis nonlinearity; hysteretic model; inverse compensation; detection  
accuracy  
振动机发动机故障诊断用来  
机械设备的振动直接反映的工状  
70%  
6]  
, ,  
航空行器据统计  
的发动机故  
, ,  
伤 裂纹转子  
电  
1]  
监  
振动来  
, , ,  
陶瓷非线性直接影响到  
7-8]  
、 、  
振动来分析 设备内部一些的工  
滞特影响因  
器的测精度  
状况  
此迟非线性补偿成为陶瓷测  
、 、  
里温发  
,  
问题 为减除该影响 以  
9-10]  
、 、  
机电级  
线性控制  
线  
、  
陶瓷领域得到了  
控制非线性模  
2-5]  
广研究用  
使陶瓷制成的  
陶瓷迟分为  
:
陶瓷建立物理程  
:
西科学金  
( 201701D121056) ;  
科学金  
11-12]  
而求解法  
是  
( 51675363)  
虑输方  
:
2017 - 12 - 05  
: 2018 - 01 - 25  
稿日期  
陈高博士教授  
1963  
修改稿日期  
13]  
法 包括  
Preisach  
Prandtl-Ishlinskii  
(
型  
简称  
Bouc-Wen ( B-W  
简称  
1978  
生  
14]  
15]  
信作国 男 博士 教授  
生  
PI  
)
型  
型  
23  
:
陈高陶瓷振动器的非线性补偿研究  
279  
16-17]  
)
B-W  
) R (  
包括器  
i
型  
中  
型由要用一个助  
容  
, ,  
非线性为 计算时  
) C  
阻 连电路等为  
f
, ,  
求解便 研究的  
R 。  
阻  
f
容  
统  
B-W  
一个关严格模  
, ,  
陶瓷滞特的 所统  
B-W  
到较度  
陶瓷理论研究了  
大器陶瓷中的用 分析压  
陶瓷非线性统  
B-W  
2
大器工图  
, ,  
建立陶瓷器  
Fig. 2 Working principle of charge amplifie  
并给参数滞曲线的  
,  
影响求取进  
A,  
大器的开环出电压  
Bouc-Wen  
补偿陶瓷器的非线性  
u
= - Au  
( 1)  
0
i
性  
大器工线性点 对  
KCL  
得到  
的反入端列写  
系  
1
陶瓷器的基  
1. 1  
陶瓷器的效应  
du  
u
d( u - u )  
0 i  
u - u  
0
dq  
dt  
i
i
i
+ C  
+
= C  
+
( 2)  
i
f
陶瓷的正质在作用产  
dt  
( 2)  
R
dt  
R
i
f
, ,  
生形激励  
( 1)  
由式  
式  
可得  
。  
机械陶瓷器是种  
dq  
1
du  
u
du  
u
1
0
0
0
0
=
+
( 3)  
1 +  
C
+
C
+
(
)
(
相量为  
)
(
)
i
f
陶瓷的正件  
dt  
A
A
dt  
R
dt  
R
i
f
1 。  
陶瓷的正图 所陶瓷  
( 3)  
·
处理使垂  
·
1
U
·
0
jw Q =  
+
jwC U +  
i 0  
( ) ,  
于  
(
)
A
R
i
作用使陶瓷两个产  
·
U
·
1
0
( 4)  
1 +  
jwC U +  
反的使整陶瓷电中  
(
)
10  
当运的开环于  
(
)
简写为  
f
0
A
R
f
使陶瓷压  
5
, , ,  
度变的电和表面  
·
·
Q
电路  
U
=
( 5)  
0
1
C +  
f
中会流动  
jwR  
f
分析结果大器出电压  
相量相量测信号的振  
频率和反参数 果测号的振动频率  
高时 得到  
Q
U
( 6)  
0
C
f
1
陶瓷图  
:
大器出电压  
U
Q
的电成  
0
Fig. 1 Positive piezoelectric effect of piezoelectric ceramics  
系  
1. 2  
13  
器  
非线分析  
陶瓷器的常微在  
陶瓷化  
电路中使与电大器配  
, ,  
处理陶瓷料 对于  
Q U  
使成物理量  
, ,  
中的但就  
整体各电则排  
测试  
大器的工图 所图中 压  
C  
2
Q
, ,  
各电效  
3( a)  
陶瓷化的电在外  
陶瓷到外的电量  
级  
图  
i
( 、  
包括器等电路等和  
, ,  
作用下重取向 在外作用重  

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