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为什么共振频率在压电应用很重要?

经过丹妮尔柯林斯|2017年9月21日

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当物体或系统的谐振频率(也称为自然频率)等于或非常接近它被激励的频率时,发生共振。这导致对象或系统强烈振动,并且可能导致意外 -有时灾难性的 - 行为。


当一个振荡对象或系统(压电驱动器或控制器)在第二系统的自然频率处或附近推动另一个系统(压电电动机或致动器)时,第二系统将以特定频率的高振幅振荡。当阻尼效果很小时,系统的谐振频率大致等于其自然频率。

谐振频率

在哪里:

F0.=谐振频率(无负载)(Hz)

K.T.=压电刚度(N / m)的

meff.=有效的质量(kg)

谐振频率压电电机或执行器取决于它的材料组合物,形状和体积。例如,较厚的压电元件将具有比相同的形状的较薄元件的下谐振频率。此外,负载连接到压电马达或致动器减小其谐振频率 - 高负荷,越谐振频率被降低。在制造商规范,用于压电致动器给定的谐振频率假定它被卸载并且一端被固定或附着于质谱比所述致动器显著大。

谐振频率

在哪里:

F0.'=具有额外质量的谐振频率(Hz)

M'.eff.= M.eff.+附加质量(kg)

在表示压电元件的电路,在该电路的阻抗是在最小频率是所述串联谐振频率fS.。相反,并联谐振频率,fP.在等效电路时的阻抗在电路是理论上无限(假定机械损耗被忽略)发生。这也被称为反谐振频率f一种。

串联和并联的频率是最小和最大阻抗频率的合适的近似值 - ˚Fm和F.N分别 - 并因此被用于确定压电马达或系统的参数。压电系统的最大响应F的发生m和F.N。具有较高谐振频率的压电系统将有更好的相位和振幅响应,这意味着工作频率可以更高。

谐振频率

最小阻抗(fm)出现在谐振频率和最大阻抗(FN)发生在抗共振频率。
图片信用:PI Ceramic GmbH

从理论上说,谐振频率是工作频率在该压电材料振动最容易和将电能转换成机械能最有效地。然而,压电系统(特别是的致动器用于定位)通常其谐振频率低于以便最小化的驱动信号和致动器之间的相移运行。

当在其谐振频率下方操作时,压电致动器用作电容器,使位移与存储的电荷成比例。随着控制电压的快速增加,压电系统通常可以在其谐振频率的周期内达到其标称位移。但是,这导致大量过冲,必须由控制器补偿。

谐振频率

在哪里:

T.闵=最小上升时间(s)

F0.=共振频率(Hz)


特色图片来源:堆栈交易所有限公司


提交:运动控制提示那电容器那运动控制•电机控制


关于作者

丹妮尔柯林斯

注释

  1. 约翰·拉西特说

    2017年9月27日在下午6:17

    在上述阻抗和频率图中存在错误。FM处于反谐振频率,FN处于谐振频率。

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