复合材料悬臂梁的宽频带振动控制试验系统

    0 引 言

    随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅速发展及其在测量技术领域的应用不断加深，新的测试理论、测试方法以及新的仪器结构的不断出现，在许多方面已经突破了传统仪器的概念，在这种背景下，虚拟仪器的概念应运而生。虚拟仪器将传统由硬件实现的分析和显示功能，改由计算机来实现。在配制了以获取调理信号为主要目的 I/O 接口设备后，编制不同的软件，就能像传统的硬件仪器一样，对信号进行处理和显示。虚拟仪器的出现，革命性的改变了传统仪器只能由厂家制定、用户无法改变的仪器模式，在通用的计算机硬件平台上，编制不同的测试软件，就可以构成不同功能的仪器，实现不同的功能，因此形成了“The instrument is the software”( 软件就是仪器) 这一具有革命性的仪器发展的新思路。实现了硬件功能软件化、硬件集成化、硬件平台通用化、测试系统自动化、网络化、参数整定实时化［1-3］。

    LabVIEW ( laboratory virtual instrument engineeringworkbench 实验室虚拟仪器工程平台) 是虚拟仪器软件的开发平台之一，它是由美国 NI( National Instrument) 公司开发研制的程序开发语言，它有别于传统编程语言的文本形式，而采用形象化的图形编程，界面非常直观形象。它的出现给虚拟仪器的设计和开发带来了很大的便利。其应用十分广泛，领域涉及电子、纺织、交通、试验研发、冶金、医疗等，被称为“工程师的语言”［4-7］。

    基于 LabVIEW 开发平台，充分利用虚拟仪器技术的优势，开发宽频带控制试验系统。本文介绍了试验系统的工作原理，探讨开发过程中的关键技术以及实现方案。

    1 振动控制系统的基本原理

    对石英晶体在特定方向施加载荷后会在晶体表面上出现电荷，并且电荷的密度与载荷的大小成正比，称为压电材料的正压电效应。如果把石英晶体置于外电场中，由于电场的作用，会使石英晶体变形，而变形的大小与电场的强弱呈正比，称为压电材料的逆压电效应。振动控制系统利用压电材料的逆压电效应的原理，对复合材料梁的振动响应进行控制，梁上表面压电片被外部力挤压时，电荷向对立面集中，产生电荷输出。梁下表面的压电片受到电场激励时，压电片会产生应变，形成控制回路实施自适应振动减振。

    在压电结构中，弹性场、电场并存，基本方程中包含两个场的力学量和电学量。位移和电势是空间域的连续函数，根据结构形式来建立其微分方程。压电结构经有限元法离散后可得到动力学方程为: