CN102384832A - 一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置与控制方法。该装置包括中心转动铰接板本体、检测及驱动部分和控制部分。固定在中心转动刚体的三角架连接两组铰链连接的柔性板，柔性板结构上粘贴压电陶瓷片驱动器、电阻应变片式传感器，铰接柔性板上还安装加速度传感器、压电堆驱动器和形状记忆合金SMA驱动器；在中心刚体上安装两台CCD相机可通过边缘检测柔性板的振动；还可用电阻式应变片传感器或加速度传感器可分别检测铰接柔性板的振动。将检测的信号反馈，运行控制算法后分别由输出控制压电片驱动器、压电堆驱动器和形状记忆合金SMA驱动器的动作；控制部分，用于处理检测的振动信号并做出相应的处理。

Description

一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置与控制方法

技术领域

本发明涉及空间柔性结构领域，特别涉及一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置与控制方法。

背景技术

航天器中大量使用大型柔性结构，如太阳帆板等，采用超轻、超薄的材料，这是为了提高运载工具的效率和降低发射成本，增加有效载荷的重量。航天器上的太阳翼等柔性附件可视为以铰链作为连接器构成的铰接结构。在航天器运输和发射过程中，太阳电池阵收拢并压紧在卫星表面；入轨后，太阳电池阵通过盘簧产生的力矩自动展开到位并锁定。

在系统调整姿态、变轨、以及外部扰动的影响等将不可避免地带来铰接柔性板结构的振动问题。如果对振动不进行有效地抑制，其低频大幅值振动将持续很长时间，这将影响系统的稳定性和指向精度，甚至导致设备的疲劳破坏。特别在太空条件下，无空气阻尼，所以阻尼弱，大型柔性结构和柔性机械臂的振动更加难以控制。因此空间铰接柔性板结构振动检测和控制是一个具有挑战性的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置与控制方法。该发明的另一个目的是给出一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量和控制复杂试验装置，为研究铰接柔性板结构振动测量和控制提供平台。

为达到上述目的，本发明采用如下的方法和技术方案：

一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置，该装置包括中心转动铰接板本体部分、检测及驱动部分和控制部分：

——中心转动铰接板本体部分包括：

转动中心刚体2通过轴承支撑固定在基座1上，可相对基座1自由转动，三角架Ⅰ3、三角架Ⅱ4分别安装在转动中心刚体2的两侧，矩形柔性板Ⅰ7、矩形柔性板Ⅲ24分别固定在三角架Ⅰ3、三角架Ⅱ4上，柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12通过铰链Ⅰ9和铰链Ⅱ16连接，柔性板Ⅲ24、柔性板Ⅳ30通过铰链Ⅲ27和铰链Ⅳ35连接；

CCD相机Ⅰ20和CCD相机Ⅱ22通过相机支架21安装在转动中心刚体2上，可随着转动中心刚体2转动，两个相机的镜头分别对准两组铰接板；

电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅶ37分别粘贴在柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅲ24在长度方向的三角架的一侧，在宽度方向的中线处；压电片驱动器Ⅳ19、压电片驱动器Ⅰ5分别粘贴在柔性板Ⅰ7在长度方向三角架Ⅰ3的一侧，在宽度方向的中线两侧的对称位置；压电片驱动器Ⅴ23、压电片驱动器Ⅷ38分别粘贴在柔性板Ⅲ24的长度方向三角架Ⅱ4的一侧，在宽度方向的中线两侧的对称位置；电阻应变片Ⅴ32粘贴在柔性板Ⅳ30的中心位置；

压电片驱动器Ⅱ10、电阻应变片Ⅱ11粘贴在柔性板Ⅱ12上铰链Ⅰ9的左侧；压电片驱动器Ⅲ15、电阻应变片Ⅲ14粘贴在柔性板Ⅱ12上铰链Ⅱ16的左侧；

压电片驱动器Ⅵ28、电阻应变片Ⅳ29粘贴在柔性板Ⅳ30上铰链Ⅲ27的右侧；压电片驱动器Ⅶ34、电阻应变片Ⅵ33粘贴在柔性板Ⅳ30上铰链Ⅳ35的右侧；

加速度传感器Ⅰ13、加速度传感器Ⅱ18分别安装在柔性板Ⅱ12和柔性板Ⅰ7长度方向的另一侧，宽度方向的中线位置；

加速度传感器Ⅳ31、加速度传感器Ⅲ26分别安装在柔性板Ⅳ30和柔性板Ⅲ24长度方向的另一侧，宽度方向的中线位置；

压电堆驱动器Ⅰ8、压电堆驱动器Ⅱ17连接柔性板Ⅰ7和柔性板Ⅱ12；SMA驱动器Ⅰ25、SMA驱动器Ⅱ36连接柔性板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30；

——检测及驱动部分包括：

检测部分： CCD相机Ⅰ20和CCD相机Ⅱ22分别通过边缘检测两侧铰接柔性板的振动；电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅱ11、电阻应变片Ⅲ14、电阻应变片Ⅳ29、电阻应变片传感器Ⅴ32、电阻应变片传感器Ⅵ33、电阻应变片Ⅶ37可用作应变式传感器检测柔性板的振动；加速度传感器Ⅰ13、加速度传感器Ⅱ18、加速度传感器Ⅲ26、加速度传感器Ⅳ31、也可分别用来检测铰接柔性板的振动；

驱动部分包括压电片驱动器系统、压电堆驱动器驱动系统和SMA驱动系统，用于抑制振动；

——控制部分，用于处理检测到的柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12，以及柔性板Ⅲ24、柔性板Ⅳ30的振动信号，并做出相应的处理。

所述压电片驱动器Ⅰ5和压电片驱动器Ⅳ19各由2片压电片构成，并分别在柔性板Ⅰ7的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

压电片驱动器Ⅱ10和压电片驱动器Ⅲ15各由2片压电片构成，并分别在柔性板Ⅱ12的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

压电片驱动器Ⅴ23和压电片驱动器Ⅷ38各由2片压电片构成，并分别在柔性板Ⅲ24的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

压电片驱动器Ⅵ28和压电片驱动器Ⅶ34各由2片压电片构成，分别在柔性板Ⅳ30的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

所述电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅱ11、电阻应变片Ⅲ14、电阻应变片Ⅳ29、电阻应变片Ⅴ32、电阻应变片传感器Ⅵ33、电阻应变片Ⅶ37各为1片，分别粘贴在柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12、柔性板Ⅳ30、柔性板Ⅲ24上。

所述的检测部分包括CCD相机视觉检测系统，加速度传感器检测和电阻应变片传感器检测系统：

——CCD相机Ⅰ20和CCD相机Ⅱ22分别检测转动中心刚体两侧的铰接柔性板的边缘振动信号，输入到工控计算机41处理；

——加速度传感器Ⅰ13、加速度传感器Ⅱ18、加速度传感器Ⅳ31、加速度传感器Ⅲ26也可用来检测柔性铰接板的振动信息，其检测的信号经过多路低频电荷放大器46后，再经过A/D转换卡40输入到工控计算机41处理；

——电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅱ11、电阻应变片Ⅲ14、电阻应变片Ⅳ29、电阻应变片Ⅴ32、电阻应变片Ⅵ33、电阻应变片Ⅶ37检测到振动的应变信号经过动态应变仪39后，再经过A/D转换卡40输入到工控计算机41处理。

所述的驱动部分包括压电片驱动器系统、压电堆驱动器驱动系统和SMA驱动系统：

——通过传感器检测到的振动信号，经由工控计算机41处理后输入到D/A转换及I/O卡42，再经过多通道压电放大电路43后输出到压电堆驱动器Ⅰ8、压电堆驱动器Ⅱ17，用于抑制铰链Ⅰ9、铰链Ⅱ16引起柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12的振动；

——通过传感器检测到的振动信号，经由工控计算机41处理后输入到D/A转换及I/O卡42，再经过多通道压电放大电路43后输出到压电片驱动器Ⅰ5和压电片驱动器Ⅳ19、压电片驱动器Ⅱ10和压电片驱动器Ⅲ15、压电片驱动器Ⅴ23和压电片驱动器Ⅷ38、压电片驱动器Ⅵ28和压电片驱动器Ⅶ34，用于抑制柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12、柔性板Ⅲ24、柔性板Ⅳ30引起的振动；

——通过传感器检测到的振动信号，经由工控计算机41处理后输入到D/A转换及I/O卡42，并产生控制信号控制开关驱动电路45的开启和关闭，SMA驱动电源44驱动SMA驱动器Ⅰ25、SMA驱动器Ⅱ36，用于抑制柔性板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30引起的振动。

所述装置进行中心转动的铰接柔性板结构振动测量的控制方法，包括如下步骤：

第一步 利用相应检测元件检测两个铰接板的振动信号；

第二步 将步骤一检测的信号经过A/D转换卡40后输入到工控计算机41进行处理，或者由CCD相机检测的振动信号进入工控计算机41进行处理，并得到相应的反馈信号；

第三步 将步骤二得到的反馈信号经过D/A转换及I/O卡42后，分别经过相应的放大电路后分别输入到压电片驱动器、压电堆驱动器和SMA驱动器，抑制铰链、柔性板的振动。

所述控制方法为多通道的检测和控制。

本发明相对于现有技术具有如下优点和有益效果：

（1）本装置中心转动铰接柔性板结构为刚柔耦合结构，可以模拟航天器结构的自由姿态转动，还可以体现柔性板之间通过铰链连接的情况，研究该刚柔耦合结构的动力学对研究空间铰接柔性结构有意义。

（2）本装置为多传感器系统，既有CCD相机视觉检测，又有分布式电阻应变式传感器，还有加速度传感器，可以通过多传感器信息融合进行中心转动的多体柔性铰接板结构的振动进行辨识研究，可以分析铰链连接对系统动力学特性的影响。

（3）本装置为多驱动器控制系统，既有分布式压电片驱动器，又有压电堆驱动器和SMA驱动器，利用该装置可以很好地模拟空间复杂结构的振动特性，进行多驱动器复合控制研究。

（4）本中心转动铰接柔性板装置是一个多通道的输入—输出的检测和控制系统，而且各控制之间相互耦合，利用该装置可以很好地模拟空间柔性多体复杂柔性结构的动力学和振动控制研究。

附图说明

图1是本发明的柔性机械臂装置总体结构示意图。

图中示出：1—基座，2—转动中心刚体，3—三角架Ⅰ，4—三角架Ⅱ，5—压电片驱动器Ⅰ，6—电阻应变片Ⅰ，7—柔性板Ⅰ，8—压电堆驱动器Ⅰ，9—铰链Ⅰ，10—压电片驱动器Ⅱ，11—电阻应变片Ⅱ，12—柔性板Ⅱ，13—加速度传感器Ⅰ，14—电阻应变片Ⅲ，15—压电片驱动器Ⅲ，16—铰链Ⅱ，17—压电堆驱动器Ⅱ，18—加速度传感器Ⅱ，19—压电片驱动器Ⅳ，20—CCD相机Ⅰ，21—CCD相机支架，22—CCD相机Ⅱ，23—压电片驱动器Ⅴ，24—柔性板Ⅲ，25—SMA驱动器Ⅰ，26—加速度传感器Ⅲ，27—铰链Ⅲ，28—压电片驱动器Ⅵ，29—电阻应变片Ⅳ，30—柔性板Ⅳ，31—加速度传感器Ⅳ，32—电阻应变片Ⅴ，33—电阻应变片Ⅵ，34—压电片驱动器Ⅶ，35—铰链Ⅳ，36—SMA驱动器Ⅱ，37—电阻应变片Ⅶ，38—压电片驱动器Ⅷ，39—动态应变仪，40—A/D转换卡，41—工控计算机，42—D/A转换及I/O卡，43—压电放大电路，44—SMA驱动电源，45—开关驱动电路，46—低频多路电荷放大器。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的实施不限于此。

实施例

如图1所示，转动中心刚体2通过轴承支撑固定在基座1上，可相对基座1自由转动，三角架Ⅰ3、三角架Ⅱ4分别安装在转动中心刚体2的两侧，矩形柔性板Ⅰ7、矩形柔性板Ⅲ24分别固定在三角架Ⅰ3、三角架Ⅱ4上，柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12通过铰链Ⅰ9和铰链Ⅱ16连接，柔性板Ⅲ24、柔性板Ⅳ30通过铰链Ⅲ27和铰链Ⅳ35连接；

CCD相机Ⅰ20和CCD相机Ⅱ22通过相机支架21安装在转动中心刚体2上，可随着转动中心刚体2转动，两个相机的镜头分别对准两组铰接板，分别用来检测两侧柔性铰接板的振动；

电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅶ37、分别粘贴在柔性板Ⅰ7和柔性板Ⅲ24在长度方向三角架的一侧，在宽度方向的中线位置处；压电片驱动器Ⅳ19和压电片驱动器Ⅰ5粘贴在柔性板Ⅰ7在长度方向三角架Ⅰ3的一侧，在宽度方向的在柔性板Ⅰ7中线两侧的对称位置分布；压电片驱动器Ⅴ23和压电片驱动器Ⅷ38粘贴在柔性板Ⅲ24在长度方向三角架Ⅱ4的一侧，在宽度方向的在柔性板Ⅲ24中线两侧的对称位置分布；电阻应变片Ⅴ32粘贴在柔性板Ⅳ30的中心位置。

压电片驱动器Ⅱ10、电阻应变片Ⅱ11粘贴在柔性板Ⅱ12上铰链Ⅰ9的左侧；压电片驱动器Ⅲ15、电阻应变片Ⅲ14粘贴在柔性板Ⅱ12上铰链Ⅱ16的左侧；压电片驱动器Ⅵ28、电阻应变片Ⅳ29粘贴在柔性板Ⅳ30上铰链Ⅲ27右侧；压电片驱动器Ⅶ34、电阻应变片Ⅵ33粘贴在柔性板Ⅳ30上铰链Ⅳ35右侧；压电片驱动器Ⅰ5和压电片驱动器Ⅳ19、压电片驱动器Ⅱ10和压电片驱动器Ⅲ15、压电片驱动器Ⅴ23和压电片驱动器Ⅷ38、压电片驱动器Ⅵ28和压电片驱动器Ⅶ34各由2片压电片分别在柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12、柔性板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅱ11、电阻应变片Ⅲ14、电阻应变片Ⅳ29、电阻应变片Ⅴ32、电阻应变片Ⅵ33、电阻应变片Ⅶ37、各为1片。

加速度传感器Ⅰ13、加速度传感器Ⅱ18分别安装在柔性板Ⅱ12和柔性板Ⅰ7长度方向的另一端，宽度方向的中线位置；

加速度传感器Ⅳ31和加速度传感器Ⅲ26分别安装在柔性板Ⅳ30和柔性板Ⅲ24长度方向的另一侧，宽度方向的中线位置；

压电堆驱动器Ⅰ8和压电堆驱动器Ⅱ17连接柔性板Ⅰ7和柔性板Ⅱ12；SMA驱动器Ⅰ25和SMA驱动器Ⅱ36连接柔性板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30；

铰接柔性板的振动检测实施方式：可采用CCD相机Ⅰ20和CCD相机Ⅱ22分别通过边缘检测两侧铰接柔性板的振动信号，进入工控计算机41经过图像处理程序后得到振动信息；也可采用电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅱ11、电阻应变片Ⅲ14、电阻应变片Ⅳ29、电阻应变片Ⅴ32、电阻应变片Ⅵ33、电阻应变片Ⅶ37可用作应变式传感器检测铰接柔性板的振动，其检测到振动的应变信号经过多通道动态应变仪39后，再经过A/D转换卡40输入到工控计算机41处理；还可以采用加速度传感器Ⅰ13、加速度传感器Ⅱ18、加速度传感器Ⅲ26、加速度传感器Ⅳ31、也可分别用来检测铰接柔性板的振动，其检测的信号经过多路低频电荷放大器46后，再经过A/D转换卡40输入到工控计算机41处理；

控制部分和伺服驱动部分，用于处理检测到的柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12，以及柔性板Ⅲ24、柔性板Ⅳ30的振动，经过工控计算机41处理后，经过D/A转换及I/O卡42后，再经过多通道压电放大电路43后分别输出到压电片驱动器Ⅰ5、压电片驱动器Ⅱ10、压电片驱动器Ⅲ15、压电片驱动器Ⅳ19、压电片驱动器Ⅴ23、压电片驱动器Ⅵ28、压电片驱动器Ⅶ34和压电片驱动器Ⅷ38用来作为应变驱动器；或者输出到压电堆驱动器Ⅰ8、压电堆驱动器Ⅱ17可用来抑制因为铰链Ⅰ9、铰链Ⅱ16引起的振动。还可以将处理的信号经过D/A转换及I/O卡42后，控制开关驱动电路45的开启和关闭SMA驱动电源44驱动SMA驱动器Ⅰ25、SMA驱动器Ⅱ36，从而进行柔性铰接板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30的振动抑制。

图1中的虚线连接表示电信号与驱动控制装置的连接图。

在本实施例中，柔性板Ⅰ7、柔性板Ⅱ12、柔性板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30的材料可选环氧树脂材料薄板，其几何尺寸可选640mm×480mm×2mm，即长度为640mm，宽度为480mm，厚度为2mm。CCD相机Ⅰ20和CCD相机Ⅱ21可选用型号为DFK 21BU04，采样频率60Hz，输出图像大小为480×640，感光度0.1lx，通过USB接口与计算机连接。镜头型号M1614-MP2，焦距f =16mm。光源型号MIC-210/40，灯光颜色为白色。控制计算机CPU型号AMD Athlon (tm) Ⅱ X2 220，主频2.8GHz。多路A/D数据采集控制卡40，型号为PCI-1800H；D/A转换及I/O卡42可选研华型号为PCI-1723的模拟量输出及I/O卡，插入计算机PCI插槽。CCD相机用来检测铰接柔性板边缘的振动信息。

本实例中压电片驱动器Ⅰ5、压电片驱动器Ⅱ10、压电片驱动器Ⅲ15、压电片驱动器Ⅳ19、压电片驱动器Ⅴ23、压电片驱动器Ⅵ28、压电片驱动器Ⅶ34和压电片驱动器Ⅷ38为压电陶瓷片，几何尺寸为50 mm×20 mm ×1mm，压电陶瓷材料的弹性模量为E_pe=63GPa，d₃₁= -166 pm/V；用来作为应变驱动器。压电片驱动器Ⅰ5、压电片驱动器Ⅳ19在柔性板Ⅰ7的固定端附近，在长度方向上距离固定端2.5 cm，在宽度方向上距离柔性板边缘的距离为10 cm；压电片驱动器Ⅴ23、压电片驱动器Ⅷ38在柔性板Ⅲ24的固定端附近，在长度方向上距离固定端2.5 cm，在宽度方向上距离柔性板边缘的距离分别为10 cm；

压电片驱动器Ⅲ15粘贴在柔性板Ⅱ12上铰链Ⅱ16的左侧，压电片驱动器Ⅱ10粘贴在柔性板Ⅱ12上铰链Ⅰ9的左侧；压电片驱动器Ⅵ28粘贴在柔性板Ⅳ30上铰链Ⅲ27的右侧，压电片驱动器Ⅶ34粘贴在柔性板Ⅳ30铰链Ⅳ35的右侧。

电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅱ11、电阻应变片Ⅲ14、电阻应变片Ⅳ29、电阻应变片Ⅴ32和电阻应变片Ⅵ33、电阻应变片Ⅶ37可选用BHF系列的BX120-2AA型电阻应变仪。电阻应变片Ⅰ6和电阻应变片Ⅶ37分别在柔性板Ⅰ7和柔性板Ⅲ24长度方向距离固定端3.5 cm，宽度方向的中线位置。电阻应变片Ⅲ14粘贴在柔性板Ⅱ12靠近压电片驱动器Ⅲ15的附近，电阻应变片Ⅱ11粘贴在柔性板Ⅱ12靠近压电片驱动器Ⅱ10的附近；电阻应变片Ⅳ29粘贴在柔性板Ⅳ30靠近压电片驱动器Ⅵ28的附近，电阻应变片Ⅵ33粘贴在柔性板Ⅳ30靠近压电片驱动器Ⅶ34的附近；电阻应变片Ⅴ32粘贴在柔性板Ⅳ30的中心位置。

加速度传感器Ⅰ13、加速度传感器Ⅱ18、加速度传感器Ⅲ26和加速度传感器Ⅳ31可选用江苏联能电子技术有限公司生产的压电式加速度传感器，型号为CA-YD-117；低频电荷放大器46可选用江苏联能电子有限公司的YE5850型电荷放大器，共4只，分别放大压电式加速度传感器Ⅰ13、加速度传感器Ⅱ18、加速度传感器Ⅲ26和加速度传感器Ⅳ31检测的电荷信号，之后经过多路A/D数据采集控制卡40后，进入工控计算机41处理。

本实例中压电堆驱动器Ⅱ17和压电堆驱动器Ⅰ8可选江苏联能电子技术有限公司生产的叠层式压电驱动器，型号为QDS5×5-95，其可在压电陶瓷放大器输出的直流电压控制下沿长度方向伸缩，具有位移分辨率高可达到纳米级、驱动力大、响应速度快等特点。压电堆驱动器Ⅱ17和压电堆驱动器Ⅰ8连接柔性板Ⅱ12和柔性板Ⅰ7，即压电堆驱动器的两端分别固定在柔性板Ⅱ12和柔性板Ⅰ7上，作为伸张驱动器控制振动。压电堆驱动器可以驱动控制由于铰链弹性变形引起的振动。

弯曲模态形状记忆合金驱动器Ⅰ25和形状记忆合金驱动器Ⅱ36采用双程记忆效应NiTi形状记忆合金弹簧，形状记忆合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。SMA驱动器Ⅰ25和SMA驱动器Ⅱ36的两端分别固定在柔性板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30上，二者错位排列。这里选用的形状记忆合金SMA驱动在控制SMA驱动电源44给其供电加热后，产生拉伸力，作为驱动器控制铰接柔性板Ⅲ24和柔性板Ⅳ30的振动。

多通道动态应变仪39江苏联能电子技术有限公司生产的动态应变仪，型号为YE3817C，分别处理电阻应变片Ⅰ6、电阻应变片Ⅱ11、电阻应变片Ⅲ14、电阻应变片Ⅳ29、电阻应变片Ⅴ32、电阻应变片Ⅵ33、电阻应变片Ⅶ37检测到振动的应变信号，之后经过多通道A/D转换卡41后进入计算机处理。SMA驱动电源为直流恒电流电源，给SMA驱动器Ⅰ25和SMA驱动器Ⅱ36供电，驱动其动作。SMA驱动电源可选大功率开关电源44可选取QF1712－5型前锋直流电源，额定供电电压30V，电流10A。

多路压电驱动高压放大器43可选用型号为APEX-PA241DW或APEX-PA240CX 放大器，其研制单位为华南理工大学在申请人申请的名称为“太空帆板弯曲和扭转模态振动模拟主动控制装置与方法”，申请号为200810027186.4的专利中有详细介绍。放大倍数可达到52倍，即将 -5V～+5V放大到 -260V～+260V。

采用此方案，在控制过程中通过设计友好的人机交互界面可以实时显示相关测量信号和控制信号动态曲线，便于实时观测以及控制的开启和关闭，控制策略参数的修改输入，数据保存等操作，便于实时调试时分析和修改参数。

Claims (6)

1.一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置，其特征在于该装置包括中心转动铰接板本体部分、检测及驱动部分和控制部分：

——中心转动铰接板本体部分包括：

转动中心刚体（2）通过轴承支撑固定在基座（1）上，相对基座（1）自由转动，三角架Ⅰ（3）、三角架Ⅱ（4）分别安装在转动中心刚体（2）的两侧，矩形柔性板Ⅰ（7）、矩形柔性板Ⅲ（24）分别固定在三角架Ⅰ（3）、三角架Ⅱ（4）上，柔性板Ⅰ（7）、柔性板Ⅱ（12）通过铰链Ⅰ（9）和铰链Ⅱ（16）连接，柔性板Ⅲ（24）、柔性板Ⅳ（30）通过铰链Ⅲ（27）和铰链Ⅳ（35）连接；

CCD相机Ⅰ（20）和CCD相机Ⅱ（22）通过相机支架（21）安装在转动中心刚体（2）上，可随着转动中心刚体（2）转动，两个相机的镜头分别对准两组铰接板；

电阻应变片Ⅰ（6）、电阻应变片Ⅶ（37）分别粘贴在柔性板Ⅰ（7）、柔性板Ⅲ（24）在长度方向的三角架的一侧，在宽度方向的中线处；压电片驱动器Ⅳ（19）、压电片驱动器Ⅰ（5）分别粘贴在柔性板Ⅰ（7）在长度方向三角架Ⅰ（3）的一侧，宽度方向的中线两侧的对称位置；压电片驱动器Ⅴ（23）、压电片驱动器Ⅷ（38）分别粘贴在柔性板Ⅲ（24）在长度方向三角架Ⅱ（4）的一侧，宽度方向的中线两侧的对称位置；电阻应变片Ⅴ（32）粘贴在柔性板Ⅳ（30）的中心位置；

压电片驱动器Ⅱ（10）、电阻应变片Ⅱ（11）粘贴在柔性板Ⅱ（12）上铰链Ⅰ（9）的左侧；压电片驱动器Ⅲ（15）、电阻应变片Ⅲ（14）粘贴在柔性板Ⅱ（12）上铰链Ⅱ（16）的左侧；

压电片驱动器Ⅵ（28）、电阻应变片Ⅳ（29）粘贴在柔性板Ⅳ（30）上铰链Ⅲ（27）的右侧；压电片驱动器Ⅶ（34）、电阻应变片Ⅵ（33）粘贴在柔性板Ⅳ（30）上铰链Ⅳ（35）的右侧；

加速度传感器Ⅰ（13）、加速度传感器Ⅱ（18）分别安装在柔性板Ⅱ（12）和柔性板Ⅰ（7）在长度方向的另一侧，宽度方向的中线位置；

加速度传感器Ⅳ（31）、加速度传感器Ⅲ（26）分别安装在柔性板Ⅳ（30）和柔性板Ⅲ（24）长度方向的另一侧，宽度方向的中线位置；

压电堆驱动器Ⅰ（8）、压电堆驱动器Ⅱ（17）连接柔性板Ⅰ（7）和柔性板Ⅱ（12）；SMA驱动器Ⅰ（25）、SMA驱动器Ⅱ（36）连接柔性板Ⅲ（24）和柔性板Ⅳ（30）；

——检测及驱动部分包括：

检测部分： CCD相机Ⅰ（20）和CCD相机Ⅱ（22）分别通过边缘检测两侧铰接柔性板的振动；电阻应变片Ⅰ（6）、电阻应变片Ⅱ（11）、电阻应变片Ⅲ（14）、电阻应变片Ⅳ（29）、电阻应变片Ⅴ（32）、电阻应变片Ⅵ（33）、电阻应变片Ⅶ（37）可用作应变式传感器检测柔性板的振动；加速度传感器Ⅰ（13）、加速度传感器Ⅱ（18）、加速度传感器Ⅲ（26）、加速度传感器Ⅳ（31）、分别用来检测铰接柔性板的振动；

驱动部分包括压电片驱动器系统、压电堆驱动器驱动系统和SMA驱动系统，用于抑制振动；

——控制部分，用于处理检测到的柔性板Ⅰ（7）、柔性板Ⅱ（12），以及柔性板Ⅲ（24）、柔性板Ⅳ（30）的振动信号，并做出相应的处理。

2.根据权利要求1所述的一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置，其特征在于所述压电片驱动器Ⅰ（5）和压电片驱动器Ⅳ（19）各由2片压电片构成，并分别在柔性板Ⅰ（7）的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

压电片驱动器Ⅱ（10）和压电片驱动器Ⅲ（15）各由2片压电片构成，并分别在柔性板Ⅱ（12）的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

压电片驱动器Ⅴ（23）和压电片驱动器Ⅷ（38）各由2片压电片构成，并分别在柔性板Ⅲ（24）的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

压电片驱动器Ⅵ（28）和压电片驱动器Ⅶ（34）各由2片压电片构成，分别在柔性板Ⅳ（30）的两面对称粘贴，每面2片且并联连接；

所述电阻应变片Ⅰ（6）、电阻应变片Ⅱ（11）、电阻应变片Ⅲ（14）、电阻应变片Ⅳ（29）、电阻应变片Ⅴ（32）、电阻应变片传感器Ⅵ（33）、电阻应变片Ⅶ（37）各为1片，分别粘贴在柔性板Ⅰ（7）、柔性板Ⅱ（12）、柔性板Ⅳ（30）、柔性板Ⅲ（24）上。

3.根据权利要求1所述的一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置，其特征在于所述的检测部分包括CCD相机视觉检测系统，加速度传感器检测和电阻应变片传感器检测系统：

——CCD相机Ⅰ（20）、CCD相机Ⅱ（22）分别检测转动中心刚体两侧的铰接柔性板的边缘振动信号，输入到工控计算机（41）处理；

——加速度传感器Ⅰ（13）、加速度传感器Ⅱ（18）、加速度传感器Ⅳ（31）、加速度传感器Ⅲ（26）也可用来检测柔性铰接板的振动信息，其检测的信号经过多路低频电荷放大器（46）后，通过A/D转换卡（40）输入到工控计算机（41）处理；

——电阻应变片Ⅰ（6）、电阻应变片Ⅱ（11）、电阻应变片Ⅲ（14）、电阻应变片Ⅳ（29）、电阻应变片Ⅴ（32）、电阻应变片Ⅵ（33）、电阻应变片Ⅶ（37）检测到振动的应变信号经过动态应变仪（39）后，通过A/D转换卡（40）输入到工控计算机（41）处理。

4. 根据权利要求1所述的一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置，其特征在于所述的驱动部分包括压电片驱动器系统、压电堆驱动器驱动系统和SMA驱动系统：

——通过传感器检测到的振动信号，经由工控计算机（41）处理后输入到D/A转换及I/O卡（42），再通过多通道压电放大电路（43）后输入到压电堆驱动器Ⅰ（8）、压电堆驱动器Ⅱ（17），用于抑制铰链Ⅰ（9）、铰链Ⅱ（16）引起柔性板Ⅰ（7）、柔性板Ⅱ（12）的振动；

——通过传感器检测到的振动信号，经由工控计算机（41）处理后输入到D/A转换及I/O卡（42），再经过多通道压电放大电路（43）后输出到压电片驱动器Ⅰ（5）和压电片驱动器Ⅳ（19）、压电片驱动器Ⅱ（10）和压电片驱动器Ⅲ（15）、压电片驱动器Ⅴ（23）和压电片驱动器Ⅷ（38）、压电片驱动器Ⅵ（28）和压电片驱动器Ⅶ（34），用于抑制柔性板Ⅰ（7）、柔性板Ⅱ（12）、柔性板Ⅲ（24）、柔性板Ⅳ（30）引起的振动；

——通过传感器检测到的振动信号，经由工控计算机（41）处理后输入到D/A转换及I/O卡（42），并产生控制信号控制开关驱动电路（45）的开启和关闭，SMA驱动电源（44）驱动SMA驱动器Ⅰ（25）、SMA驱动器Ⅱ（36），用于抑制柔性板Ⅲ（24）和柔性板Ⅳ（30）引起的振动。

5.应用权利要求1~４之一所述装置进行中心转动的铰接柔性板结构振动测量的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步 利用相应检测元件检测两个铰接板的振动信号；

第二步 将步骤一检测的信号经过A/D转换卡（40）后输入到工控计算机（41）进行处理，或者由CCD相机检测的振动信号进入工控计算机（41）进行处理，并得到相应的反馈信号；

第三步 将步骤二得到的反馈信号经过D/A转换及I/O卡（42）后，分别经过相应的放大电路后分别输入到压电片驱动器、压电堆驱动器和SMA驱动器，抑制铰链、柔性板的振动。

6.根据权利要求5所述的一种中心转动的铰接柔性板结构振动测量装置的控制方法，其特征在于所述控制方法为多通道的检测和控制。

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