并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)及其俘能特性的研究.pdf

1、振動(dòng)源無(wú)處不在。壓電振動(dòng)俘能器是當(dāng)前能量收集的研究熱點(diǎn)之一。雙穩(wěn)態(tài)非線性壓電俘能器雖然克服了線性壓電俘能器存在的問(wèn)題，但仍存在輸出電流過(guò)小，難以高效地為電池等儲(chǔ)能設(shè)備充電的問(wèn)題。受線性并聯(lián)壓電俘能器設(shè)計(jì)的啟發(fā)，本文提出一種并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)，并進(jìn)行了研究。
　　在建立了并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程之后，采用數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)系統(tǒng)的俘能效果進(jìn)行了研究，得出了一些可使俘能系統(tǒng)獲得較好俘能效果、供設(shè)計(jì)時(shí)參考的研究結(jié)論。

2、　　本論文的主要研究工作和結(jié)論如下:
　　1.建立了并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)模型。該系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析模型可由單個(gè)雙穩(wěn)態(tài)非線性俘能器方程的耦合疊加得到。對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析模型的數(shù)值仿真結(jié)果表明:當(dāng)并聯(lián)的懸臂梁中的一個(gè)為周期運(yùn)動(dòng)，其他的梁也一定是周期運(yùn)動(dòng);而當(dāng)一個(gè)梁為混沌運(yùn)動(dòng)，其他的梁要么為混沌運(yùn)動(dòng)，要么為擬周期運(yùn)動(dòng)。在特定的系統(tǒng)參數(shù)區(qū)域內(nèi)，并聯(lián)俘能系統(tǒng)的平均輸出功率為單個(gè)俘能器平均輸出功率與并聯(lián)數(shù)的乘積，輸出電流也

3、為單個(gè)俘能器輸出電流與并聯(lián)數(shù)的乘積。這就說(shuō)明并聯(lián)系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點(diǎn)。
　　2.研究發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)“跳頻現(xiàn)象”。當(dāng)發(fā)生“跳頻現(xiàn)象”的時(shí)候，在一個(gè)極小的頻率范圍內(nèi)，懸臂梁振動(dòng)先從阱間的周期運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橼彘g的擬周期或混沌運(yùn)動(dòng)中，再?gòu)内彘g的擬周期或混沌運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橼鍍?nèi)的多周期運(yùn)動(dòng)，然后就穩(wěn)定在阱內(nèi)作周期運(yùn)動(dòng)。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，為避免“跳頻現(xiàn)象”，系統(tǒng)的參數(shù)至少應(yīng)使系統(tǒng)處于混沌邊緣的出現(xiàn)混沌的區(qū)域一側(cè)，即由Melnikov解確定

4、的混沌區(qū)域。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)數(shù)的變化對(duì)混沌邊緣的影響不明顯;而等效非線性剛度對(duì)混沌邊緣的影響卻比較明顯。
　　3.雙穩(wěn)態(tài)非線性壓電俘能器中存在明顯的、夾雜在兩個(gè)混沌運(yùn)動(dòng)區(qū)域之間周期運(yùn)動(dòng)區(qū)域。該區(qū)域的寬度稱為周期運(yùn)動(dòng)寬度。將系統(tǒng)在一段無(wú)量綱頻率范圍之內(nèi)能夠保持穩(wěn)定的、沒(méi)有或只在極少頻率下俘能效果指標(biāo)(P)出現(xiàn)波動(dòng)的頻率寬度稱為有效工作頻帶寬度。研究表明:系統(tǒng)集總參數(shù)對(duì)周期運(yùn)動(dòng)寬度、有效工作頻帶寬度有明顯的影響，但并聯(lián)數(shù)對(duì)周期運(yùn)