时滞反馈控制应用于非线性压电能量收集系统兴奋由加法和乘法高斯白噪声来提高其能源收集性能。一个等价的解耦系统可以通过使用一个变量变换。基于标准随机平均法,Fokker-Plank-Kolmogorov方程和稳态概率密度函数的振幅,位移,分别和收割机的速度。此外,均方电压近似表达式和平均输出功率提取。最后,本文探讨了在均方电压参数的影响。结果表明,噪声强度、时间延迟、反馈强度、时间常数比,和耦合系数均方电压有很大的影响。验证了理论方法的准确性的蒙特卡罗模拟。
由于无线传感器的发展向低能耗和小型化,传统的电力供应设备不再适应科技创新(
近年来,振动能量收割机基于压电效应已经成为一个最有效的能量收集方法由于其结构简单的优点,没有电磁干扰,容易制造、和小型化
事实上,振动能量收割机难免受环境激励。因此,研究人员调查了随机激励下的非线性能量收集系统的性能(
最近的一些研究表明,故意延迟引入一个连续时间控制动力系统产生有利的结果。在分布式发电系统中,通信网络的引入时间延迟是确保精确的电压恢复和最佳负载共享。(
一般来说,由于信号传播所需的时间,每个电子设备不可避免地会有时间延迟。然而,时间延迟在控制器和执行器控制性能恶化,甚至可能导致压电能量收集系统的不稳定。适当的选择的反馈强度和时间延迟可能提高动力系统的性能。然而,仍然有很少的非线性分析与时滞反馈控制的能量收获增强。郭et al。
本文针对系统是一个非线性压电能量收集系统包含时滞反馈控制的加法和乘法高斯白噪声。我们致力于研究随机时滞反馈引起的反应能量收集系统。人们已经发现,不仅噪声时间,定比和耦合系数,但时间延迟和反馈强度可以增加收获能量振动。主要工作和成果如下。压电能量收集系统和其等效系统给出了部分
压电能量收割机的简化模型如图
压电能量收割机的简化模型。
为简单起见,一组nondimensionless参数介绍
的无量纲非线性压电能量收集系统如下:
另一方面,时滞反馈控制<我nline-formula>
因此,相应的模型与时滞反馈控制在加法和乘法高斯白噪声
假设噪声激励强度、阻尼系数和立方非线性项系数很小,方程的响应(
用方程(
方程(的固定部分
作为
可以获得固定电压的振幅
然后,
替换的方程(
使用随机平均法,假设的反应方程(
用方程(
采用标准的随机平均法,随机微分方程(Ito意义上)瞬时振幅<我nline-formula>
很明显,振幅<我nline-formula>
在静止的感觉,方程(
振幅和相位的联合PDF可以检索
根据转换<我nline-formula>
相应的边际位移静止的pdf文档<我nline-formula>
因此,MSEV的期望值和平均输出功率提取
在本节中,我们主要关注的影响参数对压电能量收集系统的随机响应。验证分析结果的有效性,方程(
当<我nline-formula>
不同噪声强度下固定pdf: (a)振幅,位移(b)和(c)速度。理论分析结果(-)和蒙特卡洛仿真结果(∗)。
而固定参数<我nline-formula>
反馈强度下的静止的pdf文档。(一)振幅位移(b)和(c)速度。理论分析结果(-)和蒙特卡洛仿真结果(∗)。
为了完全澄清的影响参数对性能的压电能量收割机,噪声强度,反馈强度,时间延迟先后介绍了调查其影响MSEVs在以下分析。通过<我nline-formula>
MSEV噪声强度的影响。理论分析结果(实心圆)和蒙特卡罗模拟结果(∗)。
MSEV的时间延迟的变化和反馈强度如图
时间延迟的影响和反馈强度MSEV。
为了说明MSEV反馈强度的影响,图
时间延迟的影响和反馈强度MSEV。理论分析结果(实线)和蒙特卡罗模拟结果(∗)。
通过<我nline-formula>
时间延迟的影响和反馈强度MSEV。理论分析结果(实线)和蒙特卡罗模拟结果(∗)。
MSEV的影响<我nline-formula>
压电耦合系数的影响和反馈强度MSEV。理论分析结果(实线)和蒙特卡罗模拟结果(∗)。
本文利用时滞反馈控制提高非线性压电能量收集系统的效率的影响下加法和乘法高斯白噪声激励。标准随机平均法已应用于推导出静止的pdf的振幅,位移和速度。然后,MSEV的表达通过近似推导出电压和机械状态之间的关系。此外,的影响参数对MSEV调查。结果表明,收割机的效率可以提高通过选择最优时间延迟和负面的反馈强度,当其他参数没有改变。此外,噪声强度的增加将导致MSEV的增加。此外,我们发现时间常数比和耦合系数会降低MSEV。分析结果几乎是一致的原系统的蒙特卡罗仿真结果,验证了理论方法的合理性和有效性。
与非线性单稳态相比,多稳压电能量收集系统吸引了太多的关注,由于激活large-orbit井间入”机制。因此,我们将集中在双稳态能量收集系统的时滞反馈控制下一个步骤。
使用的数据来支持这个研究的发现可以从相应的作者。
作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。
这项工作得到了国家自然科学基金(批准号。11672232,11672232,11972288)。