实验名称：结构动力学特性测试与分析

　　测试目的：为了验证压电MFC执行器在包含固有频率的宽频带内是由于其受谐波驱动产生的机械力激发了结构动力学特性对其输入-输出关系的影响，导致其稳态滞回曲线在驱动电压频率范围为20-50Hz时出现翻转和近似线性的现象。本文搭建了压电MFC执行器结构动力学特性测试实验装置，利用谐波驱动电压频率范围为20-50Hz的扫频信号，分别测试了外激和自激方式下压电MFC执行器柔性梁固有的结构动力学特性，结合单自由度系统动力学方程分析并解释了导致压电MFC执行器的稳态滞回曲线出现翻转和近似线性现象的主要原因。

　　测试设备：ATA-2041高压放大器、激振器、测振仪控制器、压电MFC执行器等。

　　实验过程：

　　图1：压电MFC执行器的结构动力学特性测试实验装置图：(a)原理框图，(b)实物图

　　压电MFC执行器结构动力学特性测试实验装置的原理框图和实物图分别如图1(a)和图1(b)所示。实验过程为先利用实时仿真系统产生驱动电压频率范围为20-50Hz的谐波扫频信号，由高压放大器放大后作用到压电MFC执行器上，压电MFC执行器以自激方式产生具有结构动力学特性的输出位移将通过激光多普勒测振仪测得，并被实时仿真系统实时采集到计算机中。之后压电MFC执行器停止工作，将谐波扫频信号由激振器功率放大器放大后作用到激振器上，通过激振器带动压电MFC执行器运动的外激方式对压电MFC执行器的结构动力学特性进行测试。其中，外激方式是利用激振器的振动作用来激发压电MFC执行器的结构动力学特性，该方式可以有效避免压电陶瓷矩形棒的迟滞特性和蠕变特性对压电MFC执行器输出位移的作用，单独分析结构动力学特性对输入-输出关系的影响。

　　图2：压电MFC执行器结构动力学特性频谱图：(a)外激方式，(b)自激方式

　　实验结果：

　　利用图1(b)压电MFC执行器结构动力学特性测试实验装置，测试压电MFC执行器在外激和自激方式作用下的结构动力学特性频谱图分别如图2(a)和图2(b)所示。根据图2，压电MFC执行器在外激和自激方式作用下的固有频率分别为38.8Hz和39.6Hz，测试结果相差0.8Hz。测试结果表明，压电MFC执行器的固有频率与激励方式无关，两种测试方式均能够有效激发压电MFC执行器的结构动力学特性。根据图2(a)，在激振器的驱动电压频率范围为20-50Hz时，外激方式因避免了压电陶瓷矩形棒的迟滞特性和蠕变特性对压电MFC执行器输出位移的作用，可以只考虑柔性梁的结构动力学特性对压电MFC执行器输入-输出关系的影响，压电MFC执行器输出位移的幅度和相位变化是由与系统固有频率相关的振幅和相位滞后变化引起的。

　　高压放大器推荐：ATA-2041

图：ATA-2041高压放大器指标参数

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