CN107420477A - 一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置与方法 - Google Patents

一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置与方法，包括直线位移传感器、直线运动驱动器、双转动轮、安装支架、可伸缩柔性梁、加速度传感器及放大型压电堆驱动器；所述计算机输出运动控制信号到运动控制卡，然后输出到伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移，输入运动控制卡后输入计算机，加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动信号，输入电荷放大器，经过运动控制卡后输入计算机，计算机根据输入信号得到控制量经运动控制卡D/A转换后输出到电压放大器放大后驱动放大型压电堆驱动器，抑制可伸缩柔性梁的振动。本发明装置简单，对伸缩柔性梁的伸缩阻力小。

Description

一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置与方法
技术领域
本发明涉及柔性结构振动控制技术领域，具体涉及一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置与方法。
背景技术
随着空间飞行器的发展，对通信天线的精度要求越来越高，天线的尺寸也越来越大，由于发射时运载火箭整流罩的容积现在，许多天线采用大型展开结构和可伸缩的结构形式，目前大型可伸缩杆状结构已应用与天线结构中。
大型可伸缩天线，由于在伸缩过程中的几何尺寸的变化，所以弹性振动特性也是随着伸缩过程变化的，即振动的频率和幅值都是变化的，如何有效抑制其振动，需要研究一种振动控制方式与方法。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置与方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置，包括直线位移传感器、直线运动驱动器、双转动轮、安装支架、可伸缩柔性梁、加速度传感器及放大型压电堆驱动器；
所述安装支架为L形，所述可伸缩柔性梁一端固定在安装支架竖直杆的一侧，其另一端为自由端，所述直线运动驱动器的输出杆与安装支架的竖直杆的另一侧连接，所述直线位移传感器与安装支架连接，且与直线运动驱动器位于同一侧，所述可伸缩柔性梁的上下两侧通过一对双转动轮夹持，当可伸缩柔性梁运动时，双转动轮转动，双转动轮右侧的长度为可伸缩柔性梁伸缩的长度；所述放大型压电堆驱动器一端与安装支架的水平杆连接，另一端与可伸缩柔性梁连接，用于抑制可伸缩柔性梁的振动，所述可伸缩柔性梁的自由端放置加速度传感器；
还包括伺服放大器、运动控制卡、电压放大器、电荷放大器及计算机；
所述计算机输出运动控制信号到运动控制卡，然后输出到伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移，输入运动控制卡后输入计算机；
所述加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动信号，输入电荷放大器，经过运动控制卡后输入计算机；
计算机根据输入信号得到控制量经运动控制卡D/A转换后输出到电压放大器放大后驱动放大型压电堆驱动器，抑制可伸缩柔性梁的振动。
所述直线位移传感器选用FAGOR光栅尺。
双转动轮在可伸缩柔性梁长度方向上的安装位置大于直线运动驱动器的输出杆的最大行程位移。
一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置的方法，包括如下步骤：
第一步，计算机产生伸缩运动的信号，输出运动控制卡，然后进入伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移；
第二步，直线运动驱动器的运动激励可伸缩柔性梁的振动，加速度传感器检测的可伸缩柔性梁的振动信号，进过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入到计算机，经过运算控制算法后，得到控制量，然后经运动控制卡D/A转换后输出到电压放大器放大后驱动压电堆驱动器，抑制可伸缩柔性梁的振动；
第三步经过计算机运行振动分析处理相关算法，得到柔性梁可伸缩量伸缩运动时的振动特性，即振动随着伸缩位移的特性，伸缩特性具体指柔性梁伸缩时，柔性梁的振动幅值和频率的变化特性，并且得到该装置对可伸缩柔性梁振动的抑制特性。
本发明的有益效果：
(1)该装置简单，容易搭建，物理上实现容易，采用滚动夹持双转动轮装置，对柔性梁的伸缩阻力小，实验方便；
(2)采用加速度传感器检测柔性梁伸缩时的振动，采用放大型压电堆驱动器抑制柔性梁的振动，测量和控制精度高；
(3)通过计算机测量柔性梁的伸缩位移和检测的振动关系，以及放大型压电堆驱动器抑制振动的效果，可以有效分析一种可伸缩柔性梁的振动特性和抑制特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的可伸缩柔性梁结构的局部示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1及图2所示，一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置，包括直线位移传感器1、直线运动驱动器2、双转动轮3、安装支架7、可伸缩柔性梁4、加速度传感器5及放大型压电堆驱动器6；
所述安装支架为L形，水平放置，竖直杆在水平杆的左侧。所述可伸缩柔性梁一端固定在安装支架竖直杆的一侧，其另一端为自由端，所述直线运动驱动器的输出杆与安装支架的竖直杆的另一侧连接，用于驱动可伸缩柔性梁的直线运动，所述直线位移传感器与安装支架连接，且与直线运动驱动器位于同一侧，用于检测直线运动驱动器的运动位移，所述可伸缩柔性梁的上下两侧通过一对双转动轮夹持，当可伸缩柔性梁运动时，双转动轮转动，双转动轮右侧的长度为可伸缩柔性梁伸缩的长度。
所述加速度传感器设置在可伸缩柔性梁的自由端，用于检测柔性梁的振动，在安装支架的水平杆的合适位置安装一只放大型压电堆驱动器，用于抑制柔性梁的振动。
还包括伺服放大器10、运动控制卡9、电压放大器12、电荷放大器8及计算机11；
所述计算机输出运动控制信号到运动控制卡，然后输出到伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，进一步驱动可伸缩柔性梁的运动，柔性梁的运动使得经过双转动轮后的伸出部分长度变化，激励柔性梁产生振动。
直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移，输入运动控制卡后输入计算机；
所述加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动信号，输入电荷放大器，经过运动控制卡后输入计算机；
计算机根据输入信号得到控制量经运动控制卡D/A转换后输出到电压放大器放大后驱动放大型压电堆驱动器，抑制可伸缩柔性梁的振动。
一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置的方法，包括如下步骤：
第一步，计算机产生伸缩运动的信号，输出运动控制卡，然后进入伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移；
第二步，直线运动驱动器的运动激励可伸缩柔性梁的振动，加速度传感器检测的可伸缩柔性梁的振动信号，进过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入到计算机，经过运算控制算法后，得到控制量，然后经运动控制卡D/A转换后输出到电压放大器放大后驱动压电堆驱动器，抑制可伸缩柔性梁的振动；
第三步经过计算机运行振动分析处理相关算法，得到柔性梁可伸缩量伸缩运动时的振动特性，即振动随着伸缩位移的特性，并且得到该装置对可伸缩柔性梁振动的抑制特性，所述伸缩特性具体是指可伸缩柔性梁伸缩时，柔性梁的振动幅值和频率的变化特性。
放大型压电堆驱动器与可伸缩柔性梁同步直线运动，用于抑制可伸缩柔性梁的振动。
直线位移传感器可选用FAGOR光栅尺，型号为MKT-82线性光栅尺，由北京发格自动化设备有限公司供应。直线运动驱动器可选用三菱LM-U2系列属于无铁芯类型同样适用于大推力场合的电机，与之兼容的高性能伺服放大器MR-J3-B可作为本发明的伺服放大器。双转动轮在可伸缩柔性梁通过机械设计和加工得到。放大型压电堆驱动器可选用法国进口CEDRAT压电执行器，型号为APA900M，封锁力：11.8N；响应频率：156Hz；尺寸：10mm×49mm×11.5mm。电压放大器可选法国CEDRAT公司的型号为CAu10的功率放大器，可提供5V～150V之间的驱动电压。
计算机选用的CPU型号为core76650U2.2GHz，内存4G，主板中有PCI-e插槽，可以安装运动控制卡。加速度传感器可选丹麦Bruel&Kjaer公司生产的振动传感器中型号为4384的压电式电荷加速计，其标称灵敏度为1.0pc/ms-2，测量频率范围为0.1～12.6kHz，具有高灵敏度、频带宽等特点。电荷放大器可选丹麦Bruel&Kjaer公司生产的型号为2692-A-0S4型四通道电荷型适调放大器。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置，其特征在于，包括直线位移传感器、直线运动驱动器、双转动轮、安装支架、可伸缩柔性梁、加速度传感器及放大型压电堆驱动器；
所述安装支架为L形，所述可伸缩柔性梁一端固定在安装支架竖直杆的一侧，其另一端为自由端，所述直线运动驱动器的输出杆与安装支架的竖直杆的另一侧连接，所述直线位移传感器与安装支架连接，且与直线运动驱动器位于同一侧，所述可伸缩柔性梁的上下两侧通过一对双转动轮夹持，当可伸缩柔性梁运动时，双转动轮转动，双转动轮右侧的长度为可伸缩柔性梁伸缩的长度；所述放大型压电堆驱动器一端与安装支架的水平杆连接，另一端与可伸缩柔性梁连接，用于抑制可伸缩柔性梁的振动，所述可伸缩柔性梁的自由端放置加速度传感器；
还包括伺服放大器、运动控制卡、电压放大器、电荷放大器及计算机；
所述计算机输出运动控制信号到运动控制卡，然后输出到伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移，输入运动控制卡后输入计算机；
所述加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动信号，输入电荷放大器，经过运动控制卡后输入计算机；
计算机根据输入信号得到控制量经运动控制卡D/A转换后输出到电压放大器放大后驱动放大型压电堆驱动器，抑制可伸缩柔性梁的振动。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置，其特征在于，所述直线位移传感器选用FAGOR光栅尺。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置，其特征在于，双转动轮在可伸缩柔性梁长度方向上的安装位置大于直线运动驱动器的输出杆的最大行程位移。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于压电堆驱动器抑制伸缩柔性结构振动装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，计算机产生伸缩运动的信号，输出运动控制卡，然后进入伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移；
第二步，直线运动驱动器的运动激励可伸缩柔性梁的振动，加速度传感器检测的可伸缩柔性梁的振动信号，进过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入到计算机，经过运算控制算法后，得到控制量，然后经运动控制卡D/A转换后输出到电压放大器放大后驱动压电堆驱动器，抑制可伸缩柔性梁的振动；
第三步 经过计算机运行振动分析处理相关算法，得到柔性梁可伸缩量伸缩运动时的振动特性，即振动随着伸缩位移的特性，伸缩特性具体指柔性梁伸缩时，柔性梁的振动幅值和频率的变化特性，并且得到该装置对可伸缩柔性梁振动的抑制特性。
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