[發明專利]一種振動壓電俘能系統耦合建模方法

有效

• 申請號: 201510418530.2
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN104978463B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 陳仲生;程聰聰;楊擁民;石宏武;郭彬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華;張小雪

1.一種振動壓電俘能系統耦合建模方法，其特征在于：包括以下步驟，

(S1)根據機械量和電學量之間的對等類比關系，建立壓電發電結構的等效電學模型；具體為：

(S11)將壓電發電結構簡化為一個由等效質量、等效阻尼、等效剛度以及機電耦合單元構成的單自由度壓電振子模型；

(S12)根據機械量和電學量之間的對應類比關系，將等效質量對應電感、等效阻尼對應電阻、等效剛度對應電容、振動速度對應等效電流；具體過程為：等效質量M_eq對應電感L、等效阻尼C_eq對應電阻R、等效剛度K_eq對應電容C、振動速度對應等效電流i_eq，上述對應關系如下，

其中α表示是壓電發電結構的力-壓耦合因子；

(S13)建立壓電發電結構的等效電學模型；

(S2)建立壓電發電結構的有限元模型，估計等效電學模型參數；

(S21)采用有限元軟件建立壓電發電結構的有限元模型；

(S22)通過設置短路邊界條件，估計短路特征頻率；通過設置開路邊界條件，估計開路特征頻率；通過施加直流電壓，估計產生的輸出總電荷；通過在自由端施加作用力，估計開路輸出電壓；

(S23)根據短路特征頻率、開路特征頻率、總電荷、開路輸出電壓分別計算等效電學模型的電感、電阻、電容、電壓源參數；

(S3)將壓電發電結構的寄生電容和接口電路等效為一個電阻抗，其大小等于接口電路兩端電壓除以流入電流；

(S4)將壓電發電結構的等效電學模型與所述步驟(S3)中的等效電阻抗相連接，建立振動壓電俘能系統的耦合模型。

2.如權利要求1所述的一種振動壓電俘能系統耦合建模方法，其特征在于，所述步驟(S22)的具體過程為：

1)將壓電發電結構的輸出端與地連接，使其處于短路狀態，計算其短路共振頻率；

2)將壓電發電結構的輸出端懸空，使得處于開路狀態，計算其開路共振頻率；

3)在壓電發電結構上施加直流電壓，計算穩態下的輸出總電荷；

4)分別在壓電發電結構自由端施加兩組作用力，計算相應的開路兩個輸出電壓。