一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置與控制方法

2023-04-23 10:33:01

專利名稱：一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置與控制方法
技術領域：
本發明涉及空間柔性結構領域，特別涉及一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置與控制方法。
背景技術：
太空飛行器中大量使用大型柔性結構，如太陽帆板等，採用超輕、超薄的材料，這是為了提高運載工具的效率和降低發射成本，增加有效載荷的重量。太空飛行器上的太陽翼等柔性附件可視為以鉸鏈作為連接器構成的鉸接結構。在太空飛行器運輸和發射過程中，太陽電池陣收攏並壓緊在衛星表面；入軌後，太陽電池陣通過盤簧產生的力矩自動展開到位並鎖定。在系統調整姿態、變軌、以及外部擾動的影響等將不可避免地帶來鉸接柔性板結構的振動問題。如果對振動不進行有效地抑制，其低頻大幅值振動將持續很長時間，這將影響系統的穩定性和指向精度，甚至導致設備的疲勞破壞。特別在太空條件下，無空氣阻尼， 所以阻尼弱，大型柔性結構和柔性機械臂的振動更加難以控制。因此空間鉸接柔性板結構振動檢測和控制是一個具有挑戰性的問題。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置與控制方法。該發明的另一個目的是給出一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量和控制複雜試驗裝置，為研究鉸接柔性板結構振動測量和控制提供平臺。為達到上述目的，本發明採用如下的方法和技術方案
一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置，該裝置包括中心轉動鉸接板本體部分、檢測及驅動部分和控制部分
——中心轉動鉸接板本體部分包括
轉動中心剛體2通過軸承支撐固定在基座1上，可相對基座1自由轉動，三角架I 3、三角架II 4分別安裝在轉動中心剛體2的兩側，矩形柔性板I 7、矩形柔性板IIIM分別固定在三角架I 3、三角架II 4上，柔性板I 7、柔性板II 12通過鉸鏈I 9和鉸鏈II 16連接，柔性板III M、柔性板IV 30通過鉸鏈III 27和鉸鏈IV 35連接；
CXD相機I 20和CXD相機II 22通過相機支架21安裝在轉動中心剛體2上，可隨著轉動中心剛體2轉動，兩個相機的鏡頭分別對準兩組鉸接板；
電阻應變片I 6、電阻應變片ΥΠ 37分別粘貼在柔性板I 7、柔性板III M在長度方向的三角架的一側，在寬度方向的中線處；壓電片驅動器IV 19、壓電片驅動器I 5分別粘貼在柔性板I 7在長度方向三角架I 3的一側，在寬度方向的中線兩側的對稱位置；壓電片驅動器 V 23、壓電片驅動器VDI38分別粘貼在柔性板IIU4的長度方向三角架II 4的一側，在寬度方向的中線兩側的對稱位置；電阻應變片V 32粘貼在柔性板IV 30的中心位置；
壓電片驅動器II 10、電阻應變片II 11粘貼在柔性板II 12上鉸鏈I 9的左側；壓電片驅動器III 15、電阻應變片III 14粘貼在柔性板II 12上鉸鏈II 16的左側；壓電片驅動器VI 28、電阻應變片IV 29粘貼在柔性板IV 30上鉸鏈III 27的右側；壓電片驅動器ΥΠ 34、電阻應變片VI 33粘貼在柔性板IV 30上鉸鏈IV 35的右側；
加速度傳感器I 13、加速度傳感器II 18分別安裝在柔性板II 12和柔性板I 7長度方向的另一側，寬度方向的中線位置；
加速度傳感器IV 31、加速度傳感器III26分別安裝在柔性板IV 30和柔性板III24長度方向的另一側，寬度方向的中線位置；
壓電堆驅動器I 8、壓電堆驅動器II 17連接柔性板I 7和柔性板II 12;SMA驅動器 I 25、SMA驅動器II 36連接柔性板III 24和柔性板IV 30 ； ——檢測及驅動部分包括
檢測部分C⑶相機I 20和C⑶相機II 22分別通過邊緣檢測兩側鉸接柔性板的振動； 電阻應變片I 6、電阻應變片II 11、電阻應變片III 14、電阻應變片IV 29、電阻應變片傳感器 V 32、電阻應變片傳感器VI 33、電阻應變片Vn 37可用作應變式傳感器檢測柔性板的振動； 加速度傳感器I 13、加速度傳感器II 18、加速度傳感器111 、加速度傳感器IV 31、也可分別用來檢測鉸接柔性板的振動；
驅動部分包括壓電片驅動器系統、壓電堆驅動器驅動系統和SMA驅動系統，用於抑制振動；
——控制部分，用於處理檢測到的柔性板I 7、柔性板II 12，以及柔性板III M、柔性板 IV 30的振動信號，並做出相應的處理。所述壓電片驅動器I 5和壓電片驅動器IV 19各由2片壓電片構成，並分別在柔性板I 7的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；
壓電片驅動器II 10和壓電片驅動器III 15各由2片壓電片構成，並分別在柔性板II 12 的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；
壓電片驅動器V 23和壓電片驅動器VDI 38各由2片壓電片構成，並分別在柔性板III 24 的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；
壓電片驅動器VI 28和壓電片驅動器ΥΠ 34各由2片壓電片構成，分別在柔性板IV 30的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；
所述電阻應變片I 6、電阻應變片II 11、電阻應變片III 14、電阻應變片IV 29、電阻應變片V 32、電阻應變片傳感器VI 33、電阻應變片ΥΠ 37各為1片，分別粘貼在柔性板I 7、柔性板II 12、柔性板IV 30、柔性板III M上。所述的檢測部分包括CCD相機視覺檢測系統，加速度傳感器檢測和電阻應變片傳感器檢測系統
—CXD相機I 20和CXD相機II 22分別檢測轉動中心剛體兩側的鉸接柔性板的邊緣振動信號，輸入到工控計算機41處理；
——加速度傳感器I 13、加速度傳感器II 18、加速度傳感器IV 31、加速度傳感器111 也可用來檢測柔性鉸接板的振動信息，其檢測的信號經過多路低頻電荷放大器46後，再經過A/D轉換卡40輸入到工控計算機41處理；
——電阻應變片I 6、電阻應變片II 11、電阻應變片III 14、電阻應變片IV 29、電阻應變片V 32、電阻應變片VI 33、電阻應變片ΥΠ 37檢測到振動的應變信號經過動態應變儀39後， 再經過A/D轉換卡40輸入到工控計算機41處理。
所述的驅動部分包括壓電片驅動器系統、壓電堆驅動器驅動系統和SMA驅動系統
——通過傳感器檢測到的振動信號，經由工控計算機41處理後輸入到D/A轉換及I/O 卡42，再經過多通道壓電放大電路43後輸出到壓電堆驅動器I 8、壓電堆驅動器II 17，用於抑制鉸鏈I 9、鉸鏈II 16引起柔性板I 7、柔性板II 12的振動；
——通過傳感器檢測到的振動信號，經由工控計算機41處理後輸入到D/A轉換及I/O 卡42，再經過多通道壓電放大電路43後輸出到壓電片驅動器I 5和壓電片驅動器IV 19、壓電片驅動器II 10和壓電片驅動器III 15、壓電片驅動器V 23和壓電片驅動器VDI 38、壓電片驅動器VI 28和壓電片驅動器ΥΠ 34，用於抑制柔性板I 7、柔性板II 12、柔性板III Μ、柔性板 IV 30引起的振動；
——通過傳感器檢測到的振動信號，經由工控計算機41處理後輸入到D/A轉換及I/O 卡42，並產生控制信號控制開關驅動電路45的開啟和關閉，SMA驅動電源44驅動SMA驅動器I 25、SMA驅動器II 36，用於抑制柔性板III 24和柔性板IV 30引起的振動。所述裝置進行中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量的控制方法，包括如下步驟 第一步利用相應檢測元件檢測兩個鉸接板的振動信號；
第二步將步驟一檢測的信號經過A/D轉換卡40後輸入到工控計算機41進行處理，或者由CCD相機檢測的振動信號進入工控計算機41進行處理，並得到相應的反饋信號；
第三步將步驟二得到的反饋信號經過D/A轉換及I/O卡42後，分別經過相應的放大電路後分別輸入到壓電片驅動器、壓電堆驅動器和SMA驅動器，抑制鉸鏈、柔性板的振動。所述控制方法為多通道的檢測和控制。本發明相對於現有技術具有如下優點和有益效果
(1)本裝置中心轉動鉸接柔性板結構為剛柔耦合結構，可以模擬太空飛行器結構的自由姿態轉動，還可以體現柔性板之間通過鉸鏈連接的情況，研究該剛柔耦合結構的動力學對研究空間鉸接柔性結構有意義。(2)本裝置為多傳感器系統，既有CCD相機視覺檢測，又有分布式電阻應變式傳感器，還有加速度傳感器，可以通過多傳感器信息融合進行中心轉動的多體柔性鉸接板結構的振動進行辨識研究，可以分析鉸鏈連接對系統動力學特性的影響。(3)本裝置為多驅動器控制系統，既有分布式壓電片驅動器，又有壓電堆驅動器和 SMA驅動器，利用該裝置可以很好地模擬空間複雜結構的振動特性，進行多驅動器複合控制研究。(4)本中心轉動鉸接柔性板裝置是一個多通道的輸入一輸出的檢測和控制系統， 而且各控制之間相互耦合，利用該裝置可以很好地模擬空間柔性多體複雜柔性結構的動力學和振動控制研究。


圖1是本發明的柔性機械臂裝置總體結構示意圖。圖中示出1 一基座，2—轉動中心剛體，3—三角架I，4一三角架II，5—壓電片驅動器I，6—電阻應變片I，7—柔性板I，8—壓電堆驅動器I，9一鉸鏈I，10—壓電片驅動器II，11一電阻應變片II，12—柔性板II，13—加速度傳感器I，14一電阻應變片III，15—壓電片驅動器III，16—鉸鏈II，17—壓電堆驅動器II，18—加速度傳感器II，19一壓電片驅動器IV，20—CCD相機I，21—CCD相機支架，22—CCD相機II，23—壓電片驅動器V，24—柔性板III，25—SMA驅動器I，加速度傳感器III，27—鉸鏈III，沘一壓電片驅動器VI，四一電阻應變片IV，30—柔性板IV，31—加速度傳感器IV，32—電阻應變片V，33—電阻應變片VI， 34—壓電片驅動器VL ；35—鉸鏈IV，36—SMA驅動器II，37—電阻應變片VL 38—壓電片驅動器通，39—動態應變儀，40—A/D轉換卡，41一工控計算機，42—D/A轉換及I/O卡，43—壓電放大電路，44—SMA驅動電源，45—開關驅動電路，46—低頻多路電荷放大器。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明的實施不限於此。 實施例如圖1所示，轉動中心剛體2通過軸承支撐固定在基座1上，可相對基座1自由轉動，三角架I 3、三角架II 4分別安裝在轉動中心剛體2的兩側，矩形柔性板I 7、矩形柔性板III M分別固定在三角架I 3、三角架II 4上，柔性板I 7、柔性板II 12通過鉸鏈I 9和鉸鏈II 16連接，柔性板III對、柔性板IV 30通過鉸鏈III 27和鉸鏈IV 35連接；
CXD相機I 20和CXD相機II 22通過相機支架21安裝在轉動中心剛體2上，可隨著轉動中心剛體2轉動，兩個相機的鏡頭分別對準兩組鉸接板，分別用來檢測兩側柔性鉸接板的振動；
電阻應變片I 6、電阻應變片ΥΠ 37、分別粘貼在柔性板I 7和柔性板III M在長度方向三角架的一側，在寬度方向的中線位置處；壓電片驅動器IV 19和壓電片驅動器I 5粘貼在柔性板I 7在長度方向三角架I 3的一側，在寬度方向的在柔性板I 7中線兩側的對稱位置分布；壓電片驅動器V 23和壓電片驅動器VDI 38粘貼在柔性板III 24在長度方向三角架 II 4的一側，在寬度方向的在柔性板IIIM中線兩側的對稱位置分布；電阻應變片V 32粘貼在柔性板IV 30的中心位置。壓電片驅動器II 10、電阻應變片II 11粘貼在柔性板II 12上鉸鏈I 9的左側；壓電片驅動器III15、電阻應變片III 14粘貼在柔性板II 12上鉸鏈II 16的左側；壓電片驅動器 VI 28、電阻應變片IV 29粘貼在柔性板IV 30上鉸鏈III 27右側；壓電片驅動器ΥΠ 34、電阻應變片VI 33粘貼在柔性板IV 30上鉸鏈IV 35右側；壓電片驅動器I 5和壓電片驅動器IV 19、 壓電片驅動器II 10和壓電片驅動器III 15、壓電片驅動器V M和壓電片驅動器VDI 38、壓電片驅動器VI^和壓電片驅動器ΥΠ 34各由2片壓電片分別在柔性板I 7、柔性板II 12、柔性板III 24和柔性板IV 30的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；電阻應變片I 6、電阻應變片II 11、電阻應變片III 14、電阻應變片IV 29、電阻應變片V 32、電阻應變片VI 33、電阻應變片ΥΠ37、各為1片。加速度傳感器I 13、加速度傳感器II 18分別安裝在柔性板II 12和柔性板I 7長度方向的另一端，寬度方向的中線位置；
加速度傳感器IV 31和加速度傳感器III 26分別安裝在柔性板IV 30和柔性板III 24長度方向的另一側，寬度方向的中線位置；
壓電堆驅動器I 8和壓電堆驅動器II 17連接柔性板I 7和柔性板II 12;SMA驅動器I25和SMA驅動器II 36連接柔性板III 24和柔性板IV 30 ；
鉸接柔性板的振動檢測實施方式可採用CCD相機I 20和CCD相機II 22分別通過邊緣檢測兩側鉸接柔性板的振動信號，進入工控計算機41經過圖像處理程序後得到振動信息； 也可採用電阻應變片I 6、電阻應變片II 11、電阻應變片III 14、電阻應變片IV 29、電阻應變片V 32、電阻應變片VI 33、電阻應變片ΥΠ 37可用作應變式傳感器檢測鉸接柔性板的振動， 其檢測到振動的應變信號經過多通道動態應變儀39後，再經過A/D轉換卡40輸入到工控計算機41處理；還可以採用加速度傳感器I 13、加速度傳感器II 18、加速度傳感器III沈、 加速度傳感器IV 31、也可分別用來檢測鉸接柔性板的振動，其檢測的信號經過多路低頻電荷放大器46後，再經過A/D轉換卡40輸入到工控計算機41處理；
控制部分和伺服驅動部分，用於處理檢測到的柔性板I 7、柔性板II 12，以及柔性板 III對、柔性板IV 30的振動，經過工控計算機41處理後，經過D/A轉換及I/O卡42後，再經過多通道壓電放大電路43後分別輸出到壓電片驅動器I 5、壓電片驅動器II 10、壓電片驅動器III15、壓電片驅動器IV 19、壓電片驅動器V 23、壓電片驅動器VI^、壓電片驅動器ΥΠ34 和壓電片驅動器VDI 38用來作為應變驅動器；或者輸出到壓電堆驅動器I 8、壓電堆驅動器
II17可用來抑制因為鉸鏈I 9、鉸鏈II 16引起的振動。還可以將處理的信號經過D/A轉換及I/O卡42後，控制開關驅動電路45的開啟和關閉SMA驅動電源44驅動SMA驅動器 I 25、SMA驅動器II 36，從而進行柔性鉸接板III 24和柔性板IV 30的振動抑制。圖1中的虛線連接表示電信號與驅動控制裝置的連接圖。在本實施例中，柔性板I 7、柔性板II 12、柔性板III 24和柔性板IV 30的材料可選環氧樹脂材料薄板，其幾何尺寸可選640mmX480mmX2mm，即長度為640mm，寬度為480mm， 厚度為2mm。C⑶相機I 20和C⑶相機II 21可選用型號為21BU04，採樣頻率60Hz，輸出圖像大小為480 X 640，感光度0. llx，通過USB接口與計算機連接。鏡頭型號M1614-MP2， 焦距f =16mm。光源型號MIC-210/40，燈光顏色為白色。控制計算機CPU型號AMD Athlon (tm) II X2 220，主頻2.8GHz。多路A/D數據採集控制卡40，型號為PCI-1800H ;D/A轉換及I/O卡42可選研華型號為PCI-1723的模擬量輸出及I/O卡，插入計算機PCI插槽。CXD 相機用來檢測鉸接柔性板邊緣的振動信息。本實例中壓電片驅動器I 5、壓電片驅動器II 10、壓電片驅動器III 15、壓電片驅動器IV 19、壓電片驅動器V 23、壓電片驅動器VI觀、壓電片驅動器ΥΠ 34和壓電片驅動器VDI 38 為壓電陶瓷片，幾何尺寸為50 mmX20 mm X 1mm，壓電陶瓷材料的彈性模量為&e=63GPa， d31= -166 pm/V;用來作為應變驅動器。壓電片驅動器I 5、壓電片驅動器IV 19在柔性板 I 7的固定端附近，在長度方向上距離固定端2. 5 cm，在寬度方向上距離柔性板邊緣的距離為10 cm ；壓電片驅動器V 23、壓電片驅動器VDI 38在柔性板III 24的固定端附近，在長度方向上距離固定端2. 5 cm，在寬度方向上距離柔性板邊緣的距離分別為10 cm；
壓電片驅動器III 15粘貼在柔性板II 12上鉸鏈II 16的左側，壓電片驅動器II 10粘貼在柔性板II 12上鉸鏈I 9的左側；壓電片驅動器VI 28粘貼在柔性板IV 30上鉸鏈III 27的右側，壓電片驅動器VD 34粘貼在柔性板IV 30鉸鏈IV 35的右側。電阻應變片I 6、電阻應變片II 11、電阻應變片III 14、電阻應變片IV 29、電阻應變片V 32和電阻應變片VI 33、電阻應變片ΥΠ 37可選用BHF系列的ΒΧ120-2ΑΑ型電阻應變儀。 電阻應變片I 6和電阻應變片ΥΠ 37分別在柔性板I 7和柔性板III 24長度方向距離固定端3. 5 cm，寬度方向的中線位置。電阻應變片III 14粘貼在柔性板II 12靠近壓電片驅動器 III15的附近，電阻應變片II 11粘貼在柔性板II 12靠近壓電片驅動器II 10的附近；電阻應變片IV 29粘貼在柔性板IV 30靠近壓電片驅動器VI 28的附近，電阻應變片VI 33粘貼在柔性板IV 30靠近壓電片驅動器ΥΠ 34的附近；電阻應變片V 32粘貼在柔性板IV 30的中心位置。加速度傳感器I 13、加速度傳感器II 18、加速度傳感器111 和加速度傳感器IV 31 可選用江蘇聯能電子技術有限公司生產的壓電式加速度傳感器，型號為CA-YD-117 ；低頻電荷放大器46可選用江蘇聯能電子有限公司的YE5850型電荷放大器，共4隻，分別放大壓電式加速度傳感器I 13、加速度傳感器II 18、加速度傳感器111 和加速度傳感器IV 31檢測的電荷信號，之後經過多路A/D數據採集控制卡40後，進入工控計算機41處理。本實例中壓電堆驅動器II 17和壓電堆驅動器I 8可選江蘇聯能電子技術有限公司生產的疊層式壓電驅動器，型號為QDS5X5-95，其可在壓電陶瓷放大器輸出的直流電壓控制下沿長度方向伸縮，具有位移解析度高可達到納米級、驅動力大、響應速度快等特點。 壓電堆驅動器II 17和壓電堆驅動器I 8連接柔性板II 12和柔性板I 7，即壓電堆驅動器的兩端分別固定在柔性板II 12和柔性板I 7上，作為伸張驅動器控制振動。壓電堆驅動器可以驅動控制由於鉸鏈彈性變形引起的振動。彎曲模態形狀記憶合金驅動器I 25和形狀記憶合金驅動器II 36採用雙程記憶效應NiTi形狀記憶合金彈簧，形狀記憶合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。SMA驅動器I 25和SMA驅動器II 36的兩端分別固定在柔性板 III 24和柔性板IV 30上，二者錯位排列。這裡選用的形狀記憶合金SMA驅動在控制SMA驅動電源44給其供電加熱後，產生拉伸力，作為驅動器控制鉸接柔性板III 24和柔性板IV 30 的振動。多通道動態應變儀39江蘇聯能電子技術有限公司生產的動態應變儀，型號為 YE3817C，分別處理電阻應變片I 6、電阻應變片II 11、電阻應變片III 14、電阻應變片IV 29、 電阻應變片V 32、電阻應變片VI 33、電阻應變片ΥΠ 37檢測到振動的應變信號，之後經過多通道A/D轉換卡41後進入計算機處理。SMA驅動電源為直流恆電流電源，給SMA驅動器 I 25和SMA驅動器II 36供電，驅動其動作。SMA驅動電源可選大功率開關電源44可選取 QF1712 - 5型前鋒直流電源，額定供電電壓30V，電流10Α。多路壓電驅動高壓放大器43可選用型號為APEX-PA241DW或APEX-PA240CX放大器，其研製單位為華南理工大學在申請人申請的名稱為「太空帆板彎曲和扭轉模態振動模擬主動控制裝置與方法」，申請號為200810027186. 4的專利中有詳細介紹。放大倍數可達到52倍，即將-5V +5V放大至Ij -260V +260V。採用此方案，在控制過程中通過設計友好的人機互動界面可以實時顯示相關測量信號和控制信號動態曲線，便於實時觀測以及控制的開啟和關閉，控制策略參數的修改輸入，數據保存等操作，便於實時調試時分析和修改參數。
權利要求
1.一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置，其特徵在於該裝置包括中心轉動鉸接板本體部分、檢測及驅動部分和控制部分——中心轉動鉸接板本體部分包括轉動中心剛體(2 )通過軸承支撐固定在基座(1)上，相對基座(1)自由轉動，三角架I (3)、三角架II (4)分別安裝在轉動中心剛體(2)的兩側，矩形柔性板I (7)、矩形柔性板III (24)分別固定在三角架I (3)、三角架II (4)上，柔性板I (7)、柔性板II (12)通過鉸鏈I (9)和鉸鏈II (16)連接，柔性板III(24)、柔性板IV (30)通過鉸鏈III(27)和鉸鏈IV (35)連接；CCD相機I (20)和CCD相機11(22)通過相機支架(21)安裝在轉動中心剛體(2)上，可隨著轉動中心剛體(2)轉動，兩個相機的鏡頭分別對準兩組鉸接板；電阻應變片I (6)、電阻應變片通(37)分別粘貼在柔性板I (7)、柔性板III(24)在長度方向的三角架的一側，在寬度方向的中線處；壓電片驅動器IV(19)、壓電片驅動器I (5)分別粘貼在柔性板I (7)在長度方向三角架I (3)的一側，寬度方向的中線兩側的對稱位置； 壓電片驅動器V (23)、壓電片驅動器VDK38)分別粘貼在柔性板111(24)在長度方向三角架 II (4)的一側，寬度方向的中線兩側的對稱位置；電阻應變片V (32)粘貼在柔性板IV (30) 的中心位置；壓電片驅動器II (10)、電阻應變片II (11)粘貼在柔性板II (12)上鉸鏈I (9)的左側； 壓電片驅動器111(15)、電阻應變片111(14)粘貼在柔性板II (12)上鉸鏈II (16)的左側；壓電片驅動器VK28)、電阻應變片IV (29)粘貼在柔性板IV (30)上鉸鏈111(27)的右側； 壓電片驅動器VIK34)、電阻應變片VK33)粘貼在柔性板IV(30)上鉸鏈IV(35)的右側；加速度傳感器I (13)、加速度傳感器II (18)分別安裝在柔性板II (12)和柔性板I (7) 在長度方向的另一側，寬度方向的中線位置；加速度傳感器IV(31)、加速度傳感器111(26)分別安裝在柔性板IV(30)和柔性板III (24)長度方向的另一側，寬度方向的中線位置；壓電堆驅動器I (8)、壓電堆驅動器II (17)連接柔性板I (7)和柔性板II(12);SMA驅動器I (25)、SMA驅動器II (36)連接柔性板III (24)和柔性板IV (30)； ——檢測及驅動部分包括檢測部分CXD相機I (20)和CXD相機II (22)分別通過邊緣檢測兩側鉸接柔性板的振動；電阻應變片I (6)、電阻應變片II (11)、電阻應變片111(14)、電阻應變片IV(29)、電阻應變片V (32)、電阻應變片VK33)、電阻應變片通(37)可用作應變式傳感器檢測柔性板的振動；加速度傳感器I (13)、加速度傳感器II (18)、加速度傳感器111(26)、加速度傳感器IV (31)、分別用來檢測鉸接柔性板的振動；驅動部分包括壓電片驅動器系統、壓電堆驅動器驅動系統和SMA驅動系統，用於抑制振動；——控制部分，用於處理檢測到的柔性板I (7)、柔性板II (12)，以及柔性板111(24)、 柔性板IV (30)的振動信號，並做出相應的處理。
2.根據權利要求1所述的一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置，其特徵在於所述壓電片驅動器I (5)和壓電片驅動器IV (19)各由2片壓電片構成，並分別在柔性板I (7)的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；壓電片驅動器II (10)和壓電片驅動器111(15)各由2片壓電片構成，並分別在柔性板II (12)的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；壓電片驅動器V (23)和壓電片驅動器VDK38)各由2片壓電片構成，並分別在柔性板III (24)的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；壓電片驅動器VK28)和壓電片驅動器VIK34)各由2片壓電片構成，分別在柔性板IV (30)的兩面對稱粘貼，每面2片且並聯連接；所述電阻應變片I (6)、電阻應變片II (11)、電阻應變片111(14)、電阻應變片IV (29)、 電阻應變片V (32)、電阻應變片傳感器VK33)、電阻應變片通(37)各為1片，分別粘貼在柔性板1(7)、柔性板II (12),柔性板IV(30),柔性板III(24)上。
3.根據權利要求1所述的一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置，其特徵在於所述的檢測部分包括CCD相機視覺檢測系統，加速度傳感器檢測和電阻應變片傳感器檢測系統—CXD相機I (20)、CXD相機II (22)分別檢測轉動中心剛體兩側的鉸接柔性板的邊緣振動信號，輸入到工控計算機(41)處理；——加速度傳感器I (13)、加速度傳感器II (18)、加速度傳感器IV(31)、加速度傳感器111(26)也可用來檢測柔性鉸接板的振動信息，其檢測的信號經過多路低頻電荷放大器 (46 )後，通過A/D轉換卡(40 )輸入到工控計算機(41)處理；——電阻應變片I (6)、電阻應變片II (11)、電阻應變片IIK14)、電阻應變片IV (29)、 電阻應變片V (32)、電阻應變片VK33)、電阻應變片通(37)檢測到振動的應變信號經過動態應變儀(39 )後，通過A/D轉換卡(40 )輸入到工控計算機(41)處理。
4.根據權利要求1所述的一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置，其特徵在於所述的驅動部分包括壓電片驅動器系統、壓電堆驅動器驅動系統和SMA驅動系統——通過傳感器檢測到的振動信號，經由工控計算機(41)處理後輸入到D/A轉換及I/ 0卡(42 )，再通過多通道壓電放大電路(43 )後輸入到壓電堆驅動器I (8 )、壓電堆驅動器II (17)，用於抑制鉸鏈I (9)、鉸鏈II (16)引起柔性板I (7)、柔性板II (12)的振動;——通過傳感器檢測到的振動信號，經由工控計算機(41)處理後輸入到D/A轉換及I/ 0卡(42)，再經過多通道壓電放大電路(43)後輸出到壓電片驅動器I (5)和壓電片驅動器 IV(19)、壓電片驅動器II (10)和壓電片驅動器111(15)、壓電片驅動器V (23)和壓電片驅動器VDI(38)、壓電片驅動器VI (28)和壓電片驅動器VIK34)，用於抑制柔性板I (7)、柔性板II (12)、柔性板III(24),柔性板IV (30)引起的振動；——通過傳感器檢測到的振動信號，經由工控計算機(41)處理後輸入到D/A轉換及I/ 0卡(42)，並產生控制信號控制開關驅動電路(45)的開啟和關閉，SMA驅動電源(44)驅動 SMA驅動器I (25 )、SMA驅動器II (36 )，用於抑制柔性板III (24 )和柔性板IV (30 )引起的振動。
5.應用權利要求廣4之一所述裝置進行中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量的控制方法，其特徵在於包括如下步驟第一步利用相應檢測元件檢測兩個鉸接板的振動信號；第二步將步驟一檢測的信號經過A/D轉換卡(40)後輸入到工控計算機(41)進行處理，或者由CCD相機檢測的振動信號進入工控計算機(41)進行處理，並得到相應的反饋信號；第三步將步驟二得到的反饋信號經過D/A轉換及I/O卡(42)後，分別經過相應的放大電路後分別輸入到壓電片驅動器、壓電堆驅動器和SMA驅動器，抑制鉸鏈、柔性板的振動。
6.根據權利要求5所述的一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置的控制方法， 其特徵在於所述控制方法為多通道的檢測和控制。
全文摘要
本發明公開了一種中心轉動的鉸接柔性板結構振動測量裝置與控制方法。該裝置包括中心轉動鉸接板本體、檢測及驅動部分和控制部分。固定在中心轉動剛體的三角架連接兩組鉸鏈連接的柔性板，柔性板結構上粘貼壓電陶瓷片驅動器、電阻應變片式傳感器，鉸接柔性板上還安裝加速度傳感器、壓電堆驅動器和形狀記憶合金SMA驅動器；在中心剛體上安裝兩臺CCD相機可通過邊緣檢測柔性板的振動；還可用電阻式應變片傳感器或加速度傳感器可分別檢測鉸接柔性板的振動。將檢測的信號反饋，運行控制算法後分別由輸出控制壓電片驅動器、壓電堆驅動器和形狀記憶合金SMA驅動器的動作；控制部分，用於處理檢測的振動信號並做出相應的處理。
文檔編號G01M7/02GK102384832SQ201110301900
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者邱志成 申請人:華南理工大學