平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置，包括机械本体部分、检测驱动部分及控制部分，本实用新型专利技术采用气浮垫喷气膜支撑实验平台构建漂浮环境，然后利用伺服电机带动飞轮及双导轨滑台利用作用力和力矩驱动实验平台的平动及旋转，激发悬臂板的振动，检测部分检测悬臂板的弯曲和扭转振动，计算机得到该信号运算得到控制信号驱动压电陶瓷驱动器抑制振动，本实用新型专利技术模拟航天器的大体结构，并且利用气浮工作台模拟了太空中太阳能帆板的振动条件，进行振动分析与控制。

Multi flexible plate structure vibration measuring and controlling device for plane motion air floating working platform

The utility model discloses a flexible plate structure vibration control device of plane motion of the air bearing stage, including mechanical part, test drive part and control part, the utility model adopts air cushion membrane jet floating supporting environment construction of the experimental platform, and then use the servo motor to drive the flywheel and translation service using the force and the torque of double guide rail slide the driving experiment platform and a rotating cantilever plate, vibration excitation, detection section detects a cantilever plate bending and torsional vibration, the computer signal control signal to drive the piezoelectric ceramic drive vibration suppression, the general structure of the utility model to simulate spacecraft, and the use of air bearing stage to simulate the vibration condition of solar panels in space, analysis and control of vibration.

【技术实现步骤摘要】
平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置
本技术涉及悬臂板结构振动检测与控制领域，具体涉及一种平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置。
技术介绍
近年来随着航天事业的飞速发展，航天器结构逐渐趋于大型化、低刚度和柔性化。为降低发射成本，提高运载效率，太阳能帆板结构通常采用轻质柔性材料制造以降低结构重量。另外随着航天器功能的多样化，其主体结构越发复杂和庞大，对能量的需求也越来越高，太阳能帆板的面积也就越来越大。这种巨大而单薄的柔性结构，其模态阻尼很小，振动的低阶模态频率很低，加之处于太空的无外阻失重环境中运行，当受到宇宙风、微粒子流等外部扰动或者航天器变轨、帆板伸缩等自身激励时，容易产生长时间的低频大幅值振动，给航天器的在轨运行带来诸多问题，如影响航天器的姿态稳定度和指向精度，缩短航天器寿命，甚至造成太阳能帆板结构的破坏，使航天器失效等等。为了保证航天器的正常工作，有必要对其低频模态振动进行检测，分析振动特性并且加以控制。当前对太阳能帆板结构的弯曲和扭转模态振动控制的研究，通常将帆板简化成悬臂板结构，忽略连接铰链对刚度的影响。采用加速度传感器、压电陶瓷片等接触式测量传感器，通过优化配置来进行振动检测。加速度传感器质量小，易安装，并且频带较宽，利用加速度传感器反馈控制可在较宽频带范围增加系统的主动阻尼，增强鲁棒性并抑制挠性结构的振动。压电陶瓷材料具有响应快、频带宽、线性度好、容易加工等优点，可以利用其优良的机电耦合效应作为传感器对悬臂板的弯曲振动信号进行动态测量，另外其质量和体积都很小，可以有效减少对悬臂板结构特性的影响。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本技术提供一种平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置，实现对柔性悬臂板的弯曲和扭转振动模态进行实时准确的检测和控制。该技术的另一个目的在于提供利用上述拟航天卫星装置的弯曲和扭转低频振动的检测控制方法，为研究太阳能帆板结构振动测量和控制提供平台。本技术采用如下技术方案：一种平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置，包括机械本体部分、检测部分及控制部分；所述机械本体部分，包括底座，所述底座中央设置中心圆筒，中心圆筒的一侧设置单悬臂板，另一侧设置铰接悬臂板，所述单悬臂板由单块柔性板构成，所述铰接悬臂板由两块铰接的柔性板构成，所述单悬臂板及铰接悬臂板对称设置在中心圆筒的两侧，所述底座与中心圆筒之间设置气浮垫；所述检测部分包括第一、第二压电陶瓷传感器及加速度传感器，所述第二压电陶瓷传感器粘贴在单悬臂板及铰接悬臂板的宽度方向的中线上，且靠近中心圆筒一端，所述第一压电陶瓷传感器粘贴在单悬臂板及铰接悬臂板的宽度方向的中线上，所述单悬臂板及铰接悬臂板远离中心圆筒一端的中间及上下边缘分别设置加速度传感器，所述第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器及加速度传感器检测信号经过电荷放大器放大后输入到运动控制卡进一步输入到计算机中；所述控制部分，包括用于驱动气浮垫的气动控制系统、用于驱动中心圆筒运动的电机控制系统及用于抑制悬臂板振动的振动控制系统。所述用于驱动气浮垫的气动控制系统包括气泵、气动三联件、二位三通阀及开关阀驱动电路，计算机将控制信号经过运动控制卡输入开关阀驱动电路驱动由气泵、气动三联件及二位三通阀构成的气动回路向气浮垫提供加压气体；所述振动控制系统，包括压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器对称设置在单悬臂板及铰接悬臂板宽度方向的中线两侧，且靠近中心圆筒一端，计算机将控制信号经过运动控制卡输出到压电放大电路驱动压电陶瓷驱动器抑制悬臂板振动；所述驱动中心圆筒运动的电机控制系统包括直线驱动系统及旋转驱动系统，所述直线驱动系统及旋转驱动系统内置于中心圆筒。所述中心圆筒包括型材支架、隔板及封皮，所述隔板分为顶层隔板、中间隔板及底层隔板，所述中心圆筒由八根支架拼成正八边形，所述中心圆筒分为上下两层，所述封皮覆盖在中心圆筒外侧。所述直线驱动系统具体位于中心圆筒的下层包括第二伺服电机、两个双导轨滑台及质量块，所述两个双导轨滑台呈十字状垂直交叉叠放，位于下方的称为下方双导轨滑台，位于上方的称为上方双导轨滑台，所述上方双导轨滑台固连质量块，所述第二伺服电机通过联轴器与上下双导轨滑台的丝杠连接。所述旋转驱动系统具体位于中心圆筒的上层，包括电机支架、飞轮和第一伺服电机，所述电机支架固定在飞轮上，所述电机支架固定第一伺服电机，所述飞轮固定在中层隔板，所述飞轮连接第一伺服电机的输出轴。所述第一压电陶瓷传感器共有12片，具体粘贴在距离靠近中心圆筒一端的50mm处，正反两面粘贴，每面3片平行配置，正反两面粘贴姿态角分别为45度及135度；所述压电陶瓷驱动器共有24片，单悬臂板及铰接悬臂板各粘贴12片，正反两面对称粘贴，姿态角为0度；其中八片压电陶瓷驱动器对称粘贴在悬臂板靠近中心圆筒的一端，且关于宽度方向中线对称，每面四片；另外四片压电陶瓷驱动器对称粘贴在距离悬臂板靠近中心圆筒一端50mm处，且关于宽度方向中线对称，正反两面粘贴。所述气浮垫具体为8个，分别设置在中心圆筒的型材支架底端与底座之间。所述底座四周设有挡边。所述中心圆筒还包括两个夹板，所述两个夹板对称设置在中心圆筒的两侧用于夹持悬臂板。一种平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置进行多柔性板测控的方法，包括如下：计算机根据用户设定的参数采用用于驱动气浮垫的气动控制系统控制中心圆筒是否起浮，如果起浮，则计算机将控制信号通过运动控制卡的D/A输出到第一及第二伺服电机，电机驱动丝杠运动，调整中心圆筒的位置，激发悬臂板的振动；利用第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器及加速度传感器检测柔性悬臂板的弯曲扭转模态振动得到相应电信号输出到电荷放大器进行放大传输到运动控制卡中，输入到计算机中得到相应的弯曲扭转振动反馈信号；将上一步骤得到的反馈信号经由运动控制卡的D/A输出模块输出，经过压电放大电路放大信号，输出到压电陶瓷驱动器中进行响应，抑制悬臂板的弯曲和扭转振动。本技术的有益效果：(1)本技术在外形结构上大致还原了航天卫星的实际结构，并且将主要的实验装置整合一体化，可以较好地模拟航天卫星的实际运作情况，增强实验结果的可信度。(2)本技术使用了单悬臂板和铰接悬臂板整合配置的方法，通过对两种结构特性略有差异的悬臂板的耦合振动模态的观察和检测，以及对两者振动实验结果的分析和对比，可以更好地分析铰接对悬臂板结构特性的影响。(3)本技术利用气浮垫喷射加压气体形成的气膜支撑实验平台，避免了其与工作台的直接接触，使得系统处于无摩擦的悬浮状态，极大程度的减少了外界对系统的干扰，从而较好地模拟出太空中的无阻尼漂浮环境，有利于得到更为吻合实际情况的实验数据。(4)本技术设计了一套用于直线驱动的在水平方向上呈十字垂直分布的双导轨滑台机构和用于旋转驱动的电机飞轮机构，并且将驱动系统内置在中心圆筒中，相较于外界激励使悬臂板振动的方法，能更好地模拟航天器的机动，便于获取实验数据；(5)本技术使用压电陶瓷片检测和加速度传感器检测相结合的方法对柔性悬臂板的振动模态进行检测，通过多传感器信息融合对悬臂板结构的弯曲和扭转模态振动进行辨识研究。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术中心圆筒的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置，其特征在于，包括机械本体部分、检测部分及控制部分；所述机械本体部分，包括底座，所述底座中央设置中心圆筒，中心圆筒的一侧设置单悬臂板，另一侧设置铰接悬臂板，所述单悬臂板由单块柔性板构成，所述铰接悬臂板由两块铰接的柔性板构成，所述单悬臂板及铰接悬臂板对称设置在中心圆筒的两侧，所述底座与中心圆筒之间设置气浮垫；所述检测部分包括第一、第二压电陶瓷传感器及加速度传感器，所述第二压电陶瓷传感器粘贴在单悬臂板及铰接悬臂板的宽度方向的中线上，且靠近中心圆筒一端，所述第一压电陶瓷传感器粘贴在单悬臂板及铰接悬臂板的宽度方向的中线上，所述单悬臂板及铰接悬臂板远离中心圆筒一端的中间及上下边缘分别设置加速度传感器，所述第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器及加速度传感器检测信号经过电荷放大器放大后输入到运动控制卡进一步输入到计算机中；所述控制部分，包括用于驱动气浮垫的气动控制系统、用于驱动中心圆筒运动的电机控制系统及用于抑制悬臂板振动的振动控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置，其特征在于，包括机械本体部分、检测部分及控制部分；所述机械本体部分，包括底座，所述底座中央设置中心圆筒，中心圆筒的一侧设置单悬臂板，另一侧设置铰接悬臂板，所述单悬臂板由单块柔性板构成，所述铰接悬臂板由两块铰接的柔性板构成，所述单悬臂板及铰接悬臂板对称设置在中心圆筒的两侧，所述底座与中心圆筒之间设置气浮垫；所述检测部分包括第一、第二压电陶瓷传感器及加速度传感器，所述第二压电陶瓷传感器粘贴在单悬臂板及铰接悬臂板的宽度方向的中线上，且靠近中心圆筒一端，所述第一压电陶瓷传感器粘贴在单悬臂板及铰接悬臂板的宽度方向的中线上，所述单悬臂板及铰接悬臂板远离中心圆筒一端的中间及上下边缘分别设置加速度传感器，所述第一压电陶瓷传感器、第二压电陶瓷传感器及加速度传感器检测信号经过电荷放大器放大后输入到运动控制卡进一步输入到计算机中；所述控制部分，包括用于驱动气浮垫的气动控制系统、用于驱动中心圆筒运动的电机控制系统及用于抑制悬臂板振动的振动控制系统。2.根据权利要求1所述的平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置，其特征在于，所述用于驱动气浮垫的气动控制系统包括气泵、气动三联件、二位三通阀及开关阀驱动电路，计算机将控制信号经过运动控制卡输入开关阀驱动电路驱动由气泵、气动三联件及二位三通阀构成的气动回路向气浮垫提供加压气体；所述振动控制系统，包括压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器对称设置在单悬臂板及铰接悬臂板宽度方向的中线两侧，且靠近中心圆筒一端，计算机将控制信号经过运动控制卡输出到压电放大电路驱动压电陶瓷驱动器抑制悬臂板振动；所述驱动中心圆筒运动的电机控制系统包括直线驱动系统及旋转驱动系统，所述直线驱动系统及旋转驱动系统内置于中心圆筒。3.根据权利要求1所述的平面运动气浮工作台上多柔性板结构振动测控装置，其特征在于，所述中心圆筒包括型材支架、隔板及封皮，所述隔板分为顶层隔板、中间隔板及底层隔板...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，肖骏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44