CN105157938B - 调节柔性悬臂梁模态频率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种调节柔性悬臂梁模态频率的装置，包括支架、底座和夹紧装置；支架夹持被配置用于承载柔性臂，柔性臂与支架夹持垂直设置；底座被配置用于固定支架夹持；夹紧装置夹于柔性臂上，且沿柔性臂移动；所述夹紧装置为一个以上。本发明可以大幅度改变柔性臂的第一阶、第二阶模态频率且频率变化非常明显，适合研究者在其上研究算法在不同频率情况下的鲁棒性，弥补研究悬臂梁振动控制领域中悬臂梁装置的不足。

Description

调节柔性悬臂梁模态频率的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种柔性臂振动控制技术，特别是一种调节柔性悬臂梁模态频率的装置和方法。

背景技术

航天器挠性附件如太阳帆板等在扰动情况下，其自由振动要延续很长时间，并容易形成共振，这将影响稳定性和指向控制精度，长时间的持续振动甚至会使结构过早的疲劳破坏，进而影响结构的使用寿命。

针对这个问题，研究人员对柔性臂的振动控制展开了大量的研究。而在人们对柔性臂振动的实验研究中，往往是对同一个实验装置进行振动控制效果的研究。而检索已有研究成果发现，对柔性臂振动控制的研究中，柔性臂的振动频率是振动控制中的关键因素，因此近年来一些研究者在控制中采用实时辨识频率的方法。而现有的研究中却没有一种可以大幅度改变其频率的柔性臂装置以供研究者检验其控制算法的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调节柔性悬臂梁模态频率的装置和方法，该装置和方法可以大幅度改变柔性臂的第一阶、第二阶模态频率且频率变化非常明显，适合研究者在其上研究算法在不同频率情况下的鲁棒性，弥补研究悬臂梁振动控制领域中悬臂梁装置的不足。

一种调节柔性悬臂梁模态频率的装置，包括：被配置用于承载柔性臂的支架夹持，被配置用于固定支架夹持的底座，及夹于柔性臂上的夹紧装置；所述柔性臂与支架夹持垂直设置，所述夹紧装置沿柔性臂移动。

作为本发明的一种改进，所述夹紧装置为一个以上。

上述装置所述的加持装置为U形夹槽，包括一次成型的连接臂和设置于连接臂下底面两端的夹臂；所述夹臂与连接臂之间的角度在[80°，90°]之间调节。

一种调节柔性悬臂梁模态频率的方法，包括：

夹紧装置安装于悬梁臂末端，并测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率；

将夹紧装置向悬梁臂根部移动，每移动一段距离测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率。

采用上述方法，可以通过在夹紧装置中配置钢片来改变悬臂梁第一阶、第二阶模态频率。

一种调节柔性悬臂梁模态频率的方法，包括：

至少两个以上的夹紧装置安装于悬梁臂上；

每一个夹持装置在悬梁臂上做相对移动，测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率。

采用上述方法，可以通过在夹持装置中配置重物来改变悬臂梁第一阶、第二阶模态频率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)当仅有一个夹紧装置设置于悬梁臂时，夹紧装置从悬梁臂末端移动至根部时，第一阶模态频率逐渐增加，第二节模态频率则先增加、然后减少、最后增加；(2)当夹紧装置配置有重物时，模态频率改变的幅度更大，移动夹持装置，第一阶、第二阶模态频率变化得更快；(3)当使用两个夹紧装置时，第一阶、第二阶的模态频率组合会增加，会使悬梁臂振动的频率更加多样化。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是本发明装置示意图。

图2是本发明的U形夹槽示意图。

图3是实施例中U形夹槽置于柔性臂的位置示意图。

图4(a)(b)(c)(d)分别是一块U形夹槽分别位于柔性臂a、b、c、d位置时用快速傅立叶变化得到的模态频谱图。

图5(a)是一个U形夹槽位于柔性臂e位置时用快速傅立叶变化得到的模态频谱图。

图5(b)是一个U形夹槽位于柔性臂e位置且一个U形夹槽位于柔性臂f位置时用快速傅立叶变化得到的模态频谱图。

具体实施方式

结合图1，一种调节柔性悬臂梁模态频率的装置，包括支架夹持2、底座3和夹持装置。所述支架夹持2被配置用于承载柔性臂1，所述柔性臂1与支架夹持2垂直设置；所述底座3被配置用于固定支架夹持2；所述加持装置夹于柔性臂1上，且沿柔性臂移动。所述夹紧装置为一个以上。

结合图2，所述加持装置为U形夹槽4，包括一次成型的连接臂41和设置于连接臂41下底面两端的夹臂42。夹臂42之间为夹缝，柔性臂1置于夹缝中，U形卡槽4的夹缝宽度和柔性臂1的厚度相同，卡槽的高度和柔性臂1的宽度相同，所以U形卡槽4正好夹在柔性臂1上。为了使得U形夹槽4与柔性臂1处于夹紧状态，所述夹臂42与连接臂41之间的角度在[80°，90°]之间弹性调节；为了增加U形夹槽4与悬臂梁的摩擦，使悬梁臂在振动时U形夹槽不会移动，U形夹槽4的夹臂42内侧附有防滑装置，该防滑装置可以是一层海绵或橡胶。

结合图2，连接臂41上底面设置置物槽411，置物槽411中配置有重物，该重物为钢片。所述置物槽411位于连接臂41上底面的夹臂42对应处，且置物槽411还位于夹臂42内。

一种调节柔性悬臂梁模态频率的方法，包括：

加持装置安装于悬梁臂末端，并测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率；

将夹持装置向悬梁臂根部移动，每移动一段距离测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率；

测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率时，置物槽411中可以配置有重物。

一种调节柔性悬臂梁模态频率的方法，包括：

至少两个以上的加持装置安装于悬梁臂上；

每一个夹持装置在悬梁臂上做相对移动，测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率；

测量悬臂梁第一阶、第二阶模态频率时，置物槽411中配置有重物。

实施例一

悬臂梁的长为1200mm、宽为80mm、厚为2m，U形夹槽的夹缝宽度为2mm、长度为16mm、高度为80mm，钢片的长为16mm，宽为70，厚为2mm。

结合图3和4(a)(b)(c)(d)，当U形夹槽4置于柔性臂1的a位置时，测量得到的第一阶、第二阶模态频率如图4(a)所示，当U形夹槽4滑动至柔性臂1的b位置时，测量得到的第一阶、第二阶模态频率如图4(b)所示，当U形夹槽4滑动至柔性臂1的c位置时，测量得到的第一阶、第二阶模态频率如图4(c)所示，当U形夹槽4滑动至柔性臂1的d位置时，测量得到的第一阶、第二阶模态频率如图4(d)所示。

根据实验可得，当U形夹槽4置于悬臂梁末端时，悬臂梁的第一阶、第二阶模态频率减少得最多，当把夹槽向悬臂梁根部移动时，悬臂梁的第一阶模态逐渐增加、第二阶模态经历一个先增加后减少、最后再增加的过程。

实施例二

悬臂梁的长为1200mm、宽为80mm、厚为2m，U形夹槽的夹缝宽度为2mm、长度为16mm、高度为80mm，钢片的长为16mm，宽为70，厚为2mm。

结合图3和图5(a)(b)，当仅有一个U形夹槽4位于柔性臂1的e位置时，测量得到的第一阶、第二阶模态频率如图5(a)所示；当一个U形夹槽4位于柔性臂1的e位置且另一个U形夹槽4位于柔性臂1的f位置时，测量得到的第一阶、第二阶模态频率如图5(b)所示。两次实验中第二阶模态频率幅值显然不同。

根据实验可得，使用两块U形夹槽4可以使悬梁臂组振动时出现不同的第一阶、第二阶的模态频率组合，这会使悬梁臂振动的频率组合多样化。

Claims (7)

1.一种调节柔性悬臂梁模态频率的装置，其特征在于，包括：

被配置用于承载柔性悬臂梁(1)的支架(2)，

被配置用于固定支架(2)的底座(3)，

及夹于柔性悬臂梁(1)上的夹紧装置；

所述柔性悬臂梁(1)与支架(2)垂直设置，

所述夹紧装置沿柔性悬臂梁(1)移动，该夹紧装置为U形夹槽(4)，包括一次成型的：

连接臂(41)，及

设置于连接臂(41)下底面两端的夹臂(42)；

所述连接臂(41)上底面设置置物槽(411)，置物槽(411)中置有钢片；

所述夹臂(42)与连接臂(41)之间的角度在[80°，90°]之间调节；

夹紧装置为一个以上，移动夹紧装置，获取不同夹紧装置所在位置下的柔性悬臂梁(1)的第一阶、第二阶模态频率。

2.根据权利要求1所述的调节柔性悬臂梁模态频率的装置，其特征在于，置物槽(411)位于连接臂(41)上底面的夹臂(42)对应处，且置物槽(411)还位于夹臂(42)内。

3.根据权利要求1所述的调节柔性悬臂梁模态频率的装置，其特征在于，U形夹槽(4)的夹臂(42)内侧附有防滑装置。

4.一种采用权利要求1所述的调节柔性悬臂梁模态频率的装置的调节柔性悬臂梁模态频率的方法，其特征在于，包括：

夹紧装置安装于柔性悬臂梁末端，并测量柔性悬臂梁第一阶、第二阶模态频率；

将夹紧装置向柔性悬臂梁根部移动，每移动一段距离测量柔性悬臂梁第一阶、第二阶模态频率。

5.根据权利要求4所述的调节柔性悬臂梁模态频率的方法，其特征在于，测量柔性悬臂梁第一阶、第二阶模态频率时，置物槽(411)中配置有钢片。

6.根据权利要求1所述的调节柔性悬臂梁模态频率的装置的调节柔性悬臂梁模态频率的方法，其特征在于，包括：

两个以上的夹紧装置安装于柔性悬臂梁上；

每一个夹紧装置在柔性悬臂梁上做相对移动，测量柔性悬臂梁第一阶、第二阶模态频率。

7.根据权利要求6所述的调节柔性悬臂梁模态频率的方法，其特征在于，测量柔性悬臂梁第一阶、第二阶模态频率时，置物槽(411)中配置有钢片。