时滞作用下电磁-压电弹性梁的俘能特性分析

在土木工程结构的健康监测、振动控制中,以压电材料为主要部件的传感系统或主动控制系统得到广泛应用,而在实际工程中,压电耦合系统的供能问题亟待解决。所研究电磁-压电弹性梁的俘能系统是由弹性支座梁与压电作动器、传感器和电磁能量采集器共同构成的闭环反馈控制系统,其中电磁能量采集器(ElectromagneticEnergyHar-vester,EMEH)的能量俘获单元的原理是移动磁铁在固定磁铁之间进行往复振荡,在基础激励下移动磁铁的振荡产生电势能,从而在能量俘获线圈口产生电流。根据Hamilton原理建立电磁-压电弹性梁的非线性振动控制方程,通过Galerkin方法得到时滞微分方程组,利用数值仿真分析,研究不同控制参数、系统参数对能量采集效果的影响。研究结果表明:增大移动磁铁质量能有效提高能量采集效率,且对电磁-压电弹性梁主结构的位移响应影响较弱;另一方面,通过调节控制增益和时滞参数,在达到较优控制效果情况下,可使电磁能量采集器具有一定的俘获效能。