基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的装置与方法。该装置在挠性梁横向中部的正反面分别安装两个作为喷气式驱动器的喷嘴；在气动回路上，两喷嘴分别通过气动喷嘴接头与一个两位三通阀相连接，两位三通阀与气动比例阀相连接，气动比例阀与气动三联件相连，气动三联件与气泵相连；在电路驱动上，两位三通阀和气动比例阀与开关阀驱动放大电路板连接，开关阀驱动放大电路板与多通道Ｄ／Ａ转换卡连接。抑制挠性结构振动的方法是根据压电传感器、加速度传感器感知的弯曲模态信息，运行切换控制的主动振动控制策略后，通过喷气式驱动器控制大幅值的振动快速衰减。本发明专利技术充分利用喷气式驱动器的功率大的特点，使得大幅值的振动被快速的抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大型柔性结构振动控制，特别是涉及一种挠性太空结构的振动主动控制的 装置和方法，具体地说是提供一种针对模拟挠性太空悬臂外伸挠性结构，应用基于喷气式 驱动器，压电传感器和加速度传感器通过优化配置实现振动主动控制装置和方法。
技术介绍
大型空间柔性结构附件如太阳帆板和天线，其明显的特征是尺寸大、重量轻、柔性大、 模态阻尼小、振动固有频率低且分布密集，因此受到扰动后振动问题不可避免，因此需要 对振动进行主动控制。特别在太空条件下，挠性结构更加难以控制，因此，大型柔性结构 振动的主动控制就成为当今世界普遍关注而富有挑战性的重要课题，研究大型空间结构的 振动特性，并对其进行振动控制是空间结构设计任务中的一个重要课题和难点。为了确保 航天飞行系统能够长期稳定的工作，必须对航天飞行器的大型挠性附件的振动进行有效地 控制。智能结构思想的出现，为解决大型航天挠性结构的振动控制问题提供了新的思路。 采用智能材料作为敏感器和致动器组成智能结构技术对空间挠性结构进行主动振动控制， 实现挠性结构的快速振动抑制，提高航天器姿态稳定性和指向精度。现有技术中对于基于 压电智能结构进行挠性结构振动控制研究较多，取得了长足的进步。但对于大型挠性结构 的振动控制而言，压电驱动器的功率相对较低，所以对大型挠性结构的振动抑制需要的时 间较长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快速抑制大幅值振动的基于喷气式 驱动式挠性悬臂梁的弯曲模态大幅值振动快速控制装置。 本专利技术的另一目的在于提供利用上述装置的控制方法。为了达到上述目的，本专利技术的构思为大型挠性太空帆板结构基本为悬臂外伸挠性结 构，其低阶模态的振动将持续很长时间，进行大型挠性结构振动的测量和控制方法研究， 以实现挠性结构的快速振动抑制，提高航天器的姿态稳定性和指向精度。为了进行大型挠 性结构的快速抑制，采用相对功率较大的气动喷嘴作为喷气式驱动器，并以压电陶瓷元件作为传感器和驱动器材料，以工业控制计算机作为控制平台，通过软件编程实现人机交互 界面进行信号实时显示、控制算法运行和输出控制。为了快速地实现大型挠性结构的振动 抑制，采用喷气式驱动器进行控制，补偿了压电驱动器的功率相对小的问题；通过对压电 传感器和驱动器、加速度传感器和喷气式驱动器的优化配置，组合使用喷气式驱动器和压 电驱动器进行挠性结构振动主动控制；采用喷气式驱动器控制大幅值的振动的快速抑制， 也可以同时采用压电驱动器控制小幅值的振动，实现了智能挠性结构的振动抑制的目的； 本专利技术提供了一种模拟太空挠性结构振动主动控制的基于组合喷气式驱动和压电智能结构 进行振动控制研究的试验装置和试验方法。根据上面的专利技术构思，本专利技术采用的技术方案如下基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的装置，在挠性梁固定端横向20 25mm处，沿 挠性梁纵向前后两面对称粘贴的多片压电陶瓷片，压电陶瓷片相互之间在挠性梁的纵向距 离为20 100mm，姿态角度为0° ，多片压电陶瓷片双面极性相反并联连接在一起组成弯曲 模态压电驱动器；弯曲模态传感器为一批压电陶瓷片，贴在挠性梁的横向靠近固定端50 125mni处，位于挠性梁的纵向中线，姿态角度为0° ;在挠性梁靠近自由端中部安装一只加 速度传感器；弯曲模态传感器和加速度传感器分别与一台低频电荷放大器连接，低频电荷 放大器通过多通道A/D转换数据采集卡与计算机连接，显示器接计算机；弯曲模态压电驱 动器与压电驱动高压放大器连接，压电驱动高压放大器通过多通道D/A转换卡与计算机连 接；在挠性梁横向中部的正反面分别安装两个作为喷气式驱动器的喷嘴；在气动回路上， 两喷嘴分别通过气动喷嘴接头与一个两位三通阀相连接，两位三通阀与气动比例阀相连接， 气动比例阀与气动三联件相连，气动三联件与气泵相连；在电路驱动上，两位三通阀和气 动比例阀还分别与开关阀驱动放大电路板连接，开关阀驱动放大电路板与多通道D/A转换 卡连接。应用上述述装置的基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的方法，包括如下步骤 (1〉开启计算机，参数初始化，包括控制算法参数的初始值设定、A/D数据采集和D/A 输出控制卡相应的初始数据、控制地址和驱动方式的设定；(2) 开启电荷放大器和压电驱动高压放大器，采用激振力锤激振辨识法辨识得到的弯 曲振动模态频率；(3) 利用辨识得到的振动频率信息，实现弯曲模态模态的控制策略；控制策略包括 对采集的信号进行经典的滑动平均滤波处理，控制釆样时间为lms，采用多个采样数据进 行滑动平均，并釆用控制算法计算；根据步骤(2)辨识得到的弯曲振动模态频率，通过人机交互界面输入到控制策略中，并为主动控^li设置相应的参数；(4) 用激振力锤按照步骤(2)的激振方法激励挠性梁弯曲模态的振动，通过弯曲模态的 压电传感器将采集的弯曲转模态的信息经过电荷放大器后，通过A/D转换卡采集振动信息， 在显示器通过两个窗口分别实时显示加速度和压电陶瓷片检测弯曲模态的振动信息，通过 人机界面，开启控制策略，控制量经过多功能D/A转换和开关量输出控制卡输出到开关阀 驱动放大电路板，驱动板驱动气动比例阀和两位三通阀，控制喷嘴的气体流量来控制推力， 从而抑制挠性梁的振动；也可以同时将控制量经D/A转换卡的输出信号经过压电陶瓷电源 放大后驱动弯曲模态驱动器，同时进行弯曲模态的振动控制；(5) 开启施加控制策略后，通过显示器实时显示弯曲振动控制效果，并记录存储数据进 行分析；(6) 重复步骤(4)、 (5)，并根据振动效果的观测和存储数据分析，反复调整控制策略 的相应的参数进行试验，参数调整为步骤(l)中所述的控制算法参数，直到获得良好的控制 效果。本专利技术与现有技术比较具有如下突出实质性特点和显著优点(1) 本专利技术的基于喷气式驱动器进行挠性智能结构振动主动控制试验装置，充分利用喷 气式驱动器的功率大的特点，使得大幅值的振动被快速的抑制。(2) 本专利技术的的切换控制策略，根据确定振动的幅值作为开关的条件，进行两个驱动器 之间进行切换作用在大幅值振动时采用喷气式驱动器，将振动抑制到小幅值时切换采用 压电驱动器，这样克服了压电驱动器功率小的限制，实现了大幅值振动的快速衰减，能量 的快速消耗；并利用压电片驱动器进行精确控制，实现残余振动的控制。操作简单，应用 方便。附圑说明附图说明图1是基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的装置结构示意图。 图2是图1中传感器和驱动器优化配置结构示意图的俯视图。 图3是基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的方法的流程框图。 图4是实例中振动未控制响应时间历程图。 图5是实例中基于喷气式驱动器进行振动控制晌应时间历程图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限 于实施例表达的范围。如图1所示， 一种基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的装置选取挠性梁3外伸尺 寸为620mmxi50mmx 1.78mm (分别为长、宽、高，在坐标系中分别为x、 y和z)的环氧树脂梁作为模拟挠性太空结构，环氧树脂梁弹性模量为A =34.64 GPa，密度为 pb =1 865kg/m3;该装置的挠性梁3通过机械支架夹持装置基坐19和支架20固定为悬臂 梁。在挠性梁固定端横向20 25mm处，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于喷气式驱动器的抑制挠性结构振动的装置，该装置在挠性梁固定端横向２０～２５ｍｍ处，沿挠性梁纵向前后两面对称粘贴的多片压电陶瓷片，压电陶瓷片相互之间在挠性梁的纵向距离为２０～１００ｍｍ，姿态角度为０°，多片压电陶瓷片双面极性相反并联连接在一起组成弯曲模态压电驱动器；弯曲模态传感器为一批压电陶瓷片，贴在挠性梁的横向靠近固定端５０～１２５ｍｍ处，位于挠性梁的纵向中线，姿态角度为０°；在挠性梁靠近自由端中部安装一只加速度传感器；弯曲模态传感器和加速度传感器分别与一台低频电荷放大器连接，低频电荷放大器通过多通道Ａ／Ｄ转换数据采集卡与计算机连接，显示器接计算机；弯曲模态压电驱动器与压电驱动高压放大器连接，压电驱动高压放大器通过多通道Ｄ／Ａ转换卡与计算机连接；其特征在于，在挠性梁横向中部的正反面分别安装两个作为喷气式驱动器的喷嘴；在气动回路上，两喷嘴分别通过气动喷嘴接头与一个两位三通阀相连接，两位三通阀与气动比例阀相连接，气动比例阀与气动三联件相连，气动三联件与气泵相连；在电路驱动上，两位三通阀和气动比例阀还分别与开关阀驱动放大电路板连接，开关阀驱动放大电路板与多通道Ｄ／Ａ转换卡连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]