圧電セルフセンシングアクチュエータを用いた多機能スマートボードの創製

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360118
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)
• 研究分担者: 張 文豊 東北大学, 流体科学研究所, 助手 ; 裘 進浩 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (60241585) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
• キーワード: 圧電センサ / 圧電アクチュエータ / セルフセンシング / 多機能 / スマートボード

研究概要

本研究では、圧電素子の電気信号による複合材料のヘルスモニタリングの方法を提案し、複合材料に埋め込んだ圧電素子を用いて、構造物の振動・騒音制御及びヘルスモニタリングなどの機能を同時に有する多機能スマートボードの開発を目指す。具体的には、希望する研究期間内に既存技術に基づいて、新しい圧電素子による振動・騒音制御及びヘルスモニタリングの要素技術を開発し、更にこれらの要素技術を統合することによって、多機能スマートボードを既存のオートクレープを用いて創製する。
本年度は多機能スマートボードを創製するために、セルフセンシング圧電アクチュエータによる振動制御、ヘルスモニタリングの2つの要素技術を確立した。具体的には,下記のことを行った。
(1)セルフセンシングアクチュエータによる2次元構造である板の多モード振動制御の技術を確立した。具体的には、まず、多モードの振動を制御するための並列セルフセンシング用ブリッジ回路を設計し、実装した。次に、有限要素法を用いて、圧電素子を内蔵するボードの数学モデル(状態方程式)を求め、セルフセンシングアクチュエータを組み合わせて板の振動を効果的に制御できるロバストなコントローラを設計し、実装した。更に、制御シミュレーションと実験を行って、制御効果を確認し、必要に応じてブリッジ回路、コントローラなどの設計を修正した。
(2)圧電センサのインピーダンス変化とニューラルネットワークによる複合材料ボードの亀裂と剥離の同定システムを構築した。具体的には、まず、有限要素法解析と実験によって複合材料に埋め込まれた圧電素子の電気インピーダンスと亀裂及び剥離の関係を求めた。次に、そのインピーダンスの変化及びニューラルネットワークを用いて、同定のアルゴリズムを確立し、実装することによって、同定システムを構築した。

研究成果

• [文献書誌] 原口正和, 吉田誠, 裘進浩, 谷順二: "セルフセンシングアクチュエータによる平板の振動制御"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. VI. 63-64 (2003)
• [文献書誌] J.Qiu, J.Tani, N.Kamimura: "Smart Board with Embedded Piezoelectric Sensors and Actuators"Materiaux&Techniques. 83-87 (2002)
• [文献書誌] W.Zhang, J.Qiu, J.Tani: "Stability Analysis of Smart Board with Time-delayed Self-Sensing Actuator"日本機械学会Dynamics and Design Conference 2003 CD-ROM論文集. (2003)
• [文献書誌] 裘進浩, 原口正和, 吉田誠, 谷順二: "スマートボードによるアクティブ遮音制御"日本機械学会Dynamics and Design Conference 2003 CD-ROM論文集. (2003)
• [文献書誌] J.Qiu, J.Tani, M.Haraguchi: "Suppression of Noise Radiation from Plate Using Self-Sensing Actuators"Abstracts of 14^<th> International Conference on Adaptive Structures and Technologies. 37 (2003)