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可调节压电能量捕获系统振动特性及效率分析

张乃夫  
【摘要】:振动能量收集因为其绿色无污染、可再生、能够收集很微小的能量等特点广受研究人员的欢迎,成为近些年研究的热点问题。研究人员主要使用悬臂装置将机械能变为电能以进行振动能量收集。与传统的方法相比,压电能量捕获可以收集微小,不易收集能量的优点。本文研究的是非线性悬臂梁系统在随机激励下的能量收集特点,在悬臂梁系统当中创新性的加入了可移动电磁铁,并通过梁上力的分解、有限元等方法,对该系统进行数学模型的建立。在外部激励方面,我们考虑了周期性激励、高斯白噪声、限带白噪声、指数型有色噪声以及窄带随机激励对于悬臂梁系统的影响。随后,本文利用FPK方程对于该数学模型进行了分析,得到了在电容足够小时,输出电压仅与负载电阻、机电耦合系数、噪声的强度以及阻尼的大小有关系,与其他的量无关的结论。最后本文使用MATLAB对模型进行了数值模拟,首先分析了系统在周期性激励下的动力学行为,其次用两种方法模拟白噪声和有色噪声,考虑了系统在随机激励作用下,输出电压与时间的关系,最后考虑了可移动电磁铁在不同位置下的能量收集效率,得到了能量收集效率的最高的位置。


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