
Резонанс возникает, когда резонансная частота (также называемая собственной частотой) объекта или системы равна или очень близка к частоте, на которой он возбуждается. Это вызывает сильную вибрацию объекта или системы и может привести к неожиданным–а иногда и катастрофическое поведение.
Когда один колеблющийся объект или система (пьезопривод или контроллер) приводит в действие другую систему (пьезодвигатель или исполнительный механизм) на собственной частоте второй системы или вблизи нее, вторая система будет колебаться с высокой амплитудой на определенной частоте. Когда эффекты демпфирования невелики, резонансная частота системы приблизительно равна ее собственной частоте.
Где:
f0= резонансная частота (без нагрузки) (Гц)
kT = пьезо жесткость (Н/м)
mэффективность = эффективная масса (кг)
Резонансная частота пьезодвигатель или исполнительный механизм зависит от его материального состава, формы и объема. Например, более толстый пьезоэлемент будет иметь более низкую резонансную частоту, чем более тонкий элемент той же формы. Кроме того, подключение нагрузки к пьезодвигателю или исполнительному механизму снижает его резонансную частоту – чем выше нагрузка, тем больше снижается резонансная частота. В спецификациях производителя резонансная частота, указанная для пьезопривода, предполагает, что он не нагружен и один конец закреплен или присоединен к массе, которая значительно больше, чем привод.
Где:
f0‘ = резонансная частота с добавленной массой (Гц)
mэффективность = mэффективность + дополнительная масса (кг)
В электрической цепи, представляющей пьезоэлемент, частота, при которой импеданс цепи минимален, представляет собой последовательную резонансную частоту, fs. И наоборот, параллельная резонансная частота, fp, в эквивалентной схеме возникает, когда импеданс в цепи теоретически бесконечен (при условии, что механические потери игнорируются). Это также известно как антирезонансная частота, fa.
Последовательные и параллельные частоты являются подходящими приближениями минимальной и максимальной частот импеданса – fm и fn, соответственно – и поэтому используются для определения параметров пьезоэлектрического двигателя или системы. Максимальный отклик пьезосистемы происходит между fm и fn. Пьезосистемы с более высокой резонансной частотой будут иметь лучшую фазовую и амплитудную характеристику, что означает, что рабочая частота может быть выше.
Теоретически резонансная частота — это рабочая частота, при которой пьезоматериал вибрирует наиболее легко и наиболее эффективно преобразует электрическую энергию в механическую. Однако пьезосистемы (особенно приводы, используемые для позиционирования) часто работают ниже своих резонансных частот, чтобы свести к минимуму сдвиг фазы между управляющим сигналом и приводом.
При работе ниже их резонансных частот пьезоэлектрические приводы действуют как конденсаторы, смещение которых пропорционально накопленному заряду. При быстром увеличении управляющего напряжения пьезосистема обычно может достичь своего номинального смещения за 1/3 периода своей резонансной частоты. Однако это приводит к значительному превышению, которое должно быть компенсировано контроллером.
Где:
tминута = минимальное время нарастания (с)
f0 = резонансная частота (Гц)
Изображение предоставлено: Stack Exchange Inc.
Свежие комментарии