Aktive Vibrationsregelung unter Verwendung integrierter piezoelektrischer Aktuatoren und Sensoren (de)
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Abstract:
Grundsätzlich lassen sich Strategien zur Vibrationsregelung in zwei Kategorien unterteilen. Bei passiven Strategien werden die Massen- und Steifigkeitseigenschaften des Systems geändert, um die Resonanzfrequenzen zu beeinflussen. Passive Methoden sind im mittleren bis hohen Frequenzbereich wirksam, verlieren jedoch im unteren Frequenzbereich an Wirkung. Zudem führen passive Methoden zu einer Massenzunahme des Systems und erhöhen die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Kräften. Im Gegensatz dazu erlauben aktive Strategien, Kräfte zu erzeugen, um das dynamische Verhalten des Systems zu steuern. Diese Wirkung zeigt sich auch im unteren Frequenzbereich und bietet bessere Massen- und Empfindlichkeitseigenschaften.In dieser Arbeit wird der piezoelektrische Effekt genutzt, um die aktive Vibrationsregelung anhand eines Plattenmodells einzuführen. Das Modell umfasst eine Grundplatte, die zwischen zwei piezoelektrischen Schichten angeordnet ist, wobei eine Schicht als Aktuator und die andere als Sensor fungiert. Die Bewegungsgleichungen des Systems werden unter Verwendung des Hamiltonschen Prinzips hergeleitet. Annahmen der Kirchhoff-Love-Plattentheorie werden angewandt, und der bernoullische Separationsansatz zur Lösung der Bewegungsgleichung verwendet. Die aktive Regelung basiert auf einem geschlossenen Regelkreis zwischen den beiden piezoelektrischen Schichten und der Nutzung eines linear-quadratischen Reglers. Im Vergleich zu anderen Arbeiten werden die Ergebnisse mithilfe einer analytischen Lösung anstelle von numerischen Approximationsverfahren erzielt, was zur Einführung der akustischen Tarnung genutzt werden kann.