圧電フィードバック系を含むマクロ/マイクロシステムの振動制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650256
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: 土屋 隆生 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教授 (20217334)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若槻 尚斗 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助手 (40294433) ; 加川 幸雄 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (10019200)
• Keywords: 圧電 / フィードバック系 / モーダル解析 / 有限要素法 / 等価回路

Research Abstract

本年度は,前年度に開発された圧電系の解析コードの拡張および検証を主に行った。
数値モデルは,前年度の1次元の縦振動モデルを発展させ,より実用的な3次元モデルを対象とした。圧電セラミック板の両面に電極を施した振動子をアルミの薄板に接着した構造物を想定し,電気的等価回路を導出した。
まず,振動子電極につないだ外部電気負荷による受動的な振動制御を検討した。抵抗性の外部負荷を考慮すると,モーダル解析が困難になり等価回路定数が得られなくなる。そこで,電極短絡時の等価回路定数から電気負荷時の特性が得られるようにコードを改良した。その結果,数%以内の誤差で推定可能であることが示された。また,電気負荷時の構造物のQは容量比に支配されため,電気負荷だけでQを低くするには限界があること,接着剤を考慮すると振動子の効果は減少することなどが示された。つぎに,能動的な振動制御について検討した。能動制御の場合,電子回路が系内に含まれるため有限要素法との併用が困難になる。この場合,等価回路法を使用すると振動系を電気回路に変換して電子回路側に組み込めるため,SPICEなどの既存の回路シミュレータを利用できて都合がよい。SPICEを用いてフィードバック系の解析を行ったところ,容易に特性が得られることが示された。
シミュレータの数値的な検証と平行して,1cm四方の正方形の圧電板について実験的な検証を行った。圧電板の面内振動を想定し,シミュレータで得られた等価回路モデルと実験結果との比較検討を行った。その結果,一般的な有限要素法と同様な傾向として,主モードとなるような比較的低次のモードについては,等価回路モデルは実験とよく一致した。