基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合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基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，所述装置包括悬臂梁本体、支持驱动组件和控制组件；悬臂梁本体包括四根悬臂梁，四根悬臂梁均为柔性梁，每根悬臂梁上设有压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器和加速度传感器；支持驱动组件包括单轴气浮台、供气回路、伺服电机和伺服电机支架，四根悬臂梁通过支架安装在单轴气浮台的支持转台上，供气回路与单轴气浮台连接，伺服电机支架与单轴气浮台的支持转台固定连接，伺服电机与伺服电机支架固定连接；控制组件分别与压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器、加速度传感器、供气回路和伺服电机连接。本实用新型专利技术可以实现对柔性悬臂梁的弯曲振动模态进行实时准确的检测并且加以控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种振动检测装置，尤其是一种基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，属于悬臂梁的耦合振动检测与控制领域。
技术介绍
近年来航天器结构正朝着一个大型化、低刚度和柔性化的趋势飞速发展。柔性结构轻量化的特点可以增加有效载荷的重量，提高运载效率；大型结构可以增加空间结构功能，使得航天器的设计和制造更加灵活。然而与此同时航天器的能量需求也越来越大，需要的太阳能电池板也越多，太阳能帆板的面积也就越来越大。而且太阳能帆板结构通常采用轻质材料制造以减少结构重量，从而降低发射成本。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，在无外阻的太空失重环境中运行时，极易受到诸如宇宙风、微粒子流等外部扰动以及航天器变轨、帆板伸缩等自身激励而产生长时间的低频大幅值振动。如果没有采用恰当的控制方法对太阳能帆板的振动进行抑制，将会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。为了保证柔性结构及其上各种精密仪器的正常工作，必须对其低频模态振动进行检测，分析振动特性并且加以控制。现有技术中，研究模拟太阳能帆板结构的弯曲模态振动控制，一般忽略连接铰链对刚度产生的影响，将太阳能帆板简化成悬臂梁结构，采用加速度传感器、压电陶瓷片和角速度陀螺仪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。由于加速度传感器含有大量的高频噪声信号，因此要进行滤波处理。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应力-应变传感器对悬臂梁的弯曲振动信号进行动态测量，同时压电陶瓷片本身体积小、重量轻的特点使其不会对悬臂梁的质量和刚度等结构特性产生较大影响。为了模拟太空中无外阻的悬浮状态，可以考虑利用单轴气浮台作为整个实验平台的支撑，以消除外界摩擦力的影响；为了实现刚体运动基的旋转驱动，以模拟航天飞行器的机动并激发悬臂梁的振动，可以考虑将伺服电机安装在气浮工作台上使其成为一个整体，利用伺服电机带动飞轮旋转使得气浮工作台向反方向旋转。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，该装置结构简单，便于进行搭建和实施实验，可以实现对柔性悬臂梁的弯曲振动模态进行实时准确的检测并且加以控制。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，包括悬臂梁本体、支持驱动组件和控制组件；所述悬臂梁本体包括四根悬臂梁，所述四根悬臂梁均为柔性梁；四根悬臂梁的一端通过同一支架固定，该端为固定端，另一端为自由端，四根悬臂梁以支架为转轴中心，沿周向呈90度均布；每根悬臂梁上设有压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器和加速度传感器；所述支持驱动组件包括单轴气浮台、供气回路、伺服电机和伺服电机支架，所述四根悬臂梁通过支架安装在单轴气浮台的支持转台上；所述供气回路与单轴气浮台连接，用于向单轴气浮台供气；所述伺服电机支架与单轴气浮台的支持转台固定连接，所述伺服电机带有光电编码器，并与伺服电机支架固定连接，用于通过伺服电机支架带动单轴气浮台的支持转台旋转；所述控制组件分别与压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器、加速度传感器、供气回路和伺服电机连接。作为一种优选方案，所述四根悬臂梁分别为第一单悬臂梁、第二单悬臂梁、第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁，所述第一单悬臂梁和第二单悬臂梁均由一根柔性梁组成，所述第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁均由内、外两根柔性梁铰接而成；所述第一单悬臂梁与第一铰接悬臂梁处于同一平面且对立分布在支架两侧，所述第二单悬臂梁与第二铰接悬臂梁处于同一平面且对立分布在支架两侧，形成了第一单悬臂梁、第二单悬臂、第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁以支架为转轴中心，沿周向呈90度均布的配置。作为一种优选方案，所述第一单悬臂梁和第二单悬臂梁上，在横向中心线且距离固定端较近的位置上，前、后两面各粘贴有一片压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器的姿态角为0度；在靠近固定端根部的位置上，前、后两面对称粘贴有两片压电陶瓷驱动器，每一面的两片压电陶瓷驱动器关于横向中心线对称，且姿态角为0度；在自由端边缘的横向中心线上安装有一个加速度传感器；所述第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁上，在内柔性梁的横向中心线且距离固定端较近的位置上，前、后两面各粘贴有一片压电陶瓷传感器，在外柔性梁的横向中心线且靠近铰链的位置上，前、后两面各粘贴有一片压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器的姿态角为0度；在靠近固定端根部的位置上，前、后两面对称粘贴有两片压电陶瓷驱动器，每一面的两片压电陶瓷驱动器关于横向中心线对称，且姿态角为0度；在自由端边缘的横向中心线上安装有一个加速度传感器。作为一种优选方案，所述供气回路由气泵、气动三联件和二位三通阀组成，所述气动三联件分别与气泵和二位三通阀连接，所述二位三通阀与单轴气浮台连接；所述气动三联件由空气过滤器、减压阀和油雾分离器组装在一起，并带有一个压力表。作为一种优选方案，所述控制组件包括计算机、运动控制卡、开关阀驱动电路、压电放大电路、电荷放大器和电机伺服单元，所述计算机通过运动控制卡分别与开关阀驱动电路、压电放大电路、电荷放大器和电机伺服单元连接，所述开关阀驱动电路与二位三通阀连接，所述压电放大电路与压电陶瓷驱动器连接，所述电荷放大器分别与压电陶瓷传感器、加速度传感器连接，所述电机伺服单元与伺服电机连接；计算机根据需要发出相应的开关控制信号，通过运动控制卡内部的I/O模块向开关阀驱动电路输入控制信号，开关阀驱动电路驱动二位三通阀的工位切换，从而控制供气回路的开关，使单轴气浮台的支持转台浮起；伺服电机的光电编码器将伺服电机的转动信息反馈给电机伺服单元，电机伺服单元通过运动控制卡传输给计算机，计算机根据反馈信息发出相应控制参数，通过运动控制卡传输给电机伺服单元，电机伺服单元驱动伺服电机转动，从而带动单轴气浮台的支持转台旋转；压电陶瓷传感器和加速度传感器检测所在悬臂梁的弯曲振动，将检测到的振动信号转化为模拟电信号输出，经过电荷放大器放大后，通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟电信号按比例转换成数字信号输入到计算机中，计算机处理后将控制信号经由运动控制卡内部的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，以抑制悬臂梁的弯曲振动。作为一种优选方案，所述伺服电机支架上设有行星减速器和飞轮，所述伺服电机通过行星减速器的法兰盘与伺服电机支架固定连接，且伺服电机的输出轴与单轴气浮台的支持转台主轴同轴，所述飞轮与行星减速器的法兰盘固定连接。作为一种优选方案，所述单轴气浮台包括空气静压轴承和支持转台；供气回路向单轴气浮台供应加压气体，再经由单轴气浮台向空气静压轴承表面喷射加压气体，使支持转台主轴悬浮在空气静压轴承的轴承套中。作为一种优选方案，所述单轴气浮台设置在一底座上。作为一种优选方案，所述底座的底部具有四个支撑脚，每两个相邻的支撑脚之间安装一横向支架。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，其特征在于：包括悬臂梁本体、支持驱动组件和控制组件；所述悬臂梁本体包括四根悬臂梁，所述四根悬臂梁均为柔性梁；四根悬臂梁的一端通过同一支架固定，该端为固定端，另一端为自由端，四根悬臂梁以支架为转轴中心，沿周向呈90度均布；每根悬臂梁上设有压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器和加速度传感器；所述支持驱动组件包括单轴气浮台、供气回路、伺服电机和伺服电机支架，所述四根悬臂梁通过支架安装在单轴气浮台的支持转台上；所述供气回路与单轴气浮台连接，用于向单轴气浮台供气；所述伺服电机支架与单轴气浮台的支持转台固定连接，所述伺服电机带有光电编码器，并与伺服电机支架固定连接，用于通过伺服电机支架带动单轴气浮台的支持转台旋转；所述控制组件分别与压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器、加速度传感器、供气回路和伺服电机连接。

【技术特征摘要】
1.基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，其特征在于：包括悬臂梁本体、支持驱动组件和控制组件；所述悬臂梁本体包括四根悬臂梁，所述四根悬臂梁均为柔性梁；四根悬臂梁的一端通过同一支架固定，该端为固定端，另一端为自由端，四根悬臂梁以支架为转轴中心，沿周向呈90度均布；每根悬臂梁上设有压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器和加速度传感器；所述支持驱动组件包括单轴气浮台、供气回路、伺服电机和伺服电机支架，所述四根悬臂梁通过支架安装在单轴气浮台的支持转台上；所述供气回路与单轴气浮台连接，用于向单轴气浮台供气；所述伺服电机支架与单轴气浮台的支持转台固定连接，所述伺服电机带有光电编码器，并与伺服电机支架固定连接，用于通过伺服电机支架带动单轴气浮台的支持转台旋转；所述控制组件分别与压电陶瓷传感器、压电陶瓷驱动器、加速度传感器、供气回路和伺服电机连接。2.根据权利要求1所述的基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，其特征在于：所述四根悬臂梁分别为第一单悬臂梁、第二单悬臂梁、第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁，所述第一单悬臂梁和第二单悬臂梁均由一根柔性梁组成，所述第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁均由内、外两根柔性梁铰接而成；所述第一单悬臂梁与第一铰接悬臂梁处于同一平面且对立分布在支架两侧，所述第二单悬臂梁与第二铰接悬臂梁处于同一平面且对立分布在支架两侧，形成了第一单悬臂梁、第二单悬臂、第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁以支架为转轴中心，沿周向呈90度均布的配置。3.根据权利要求2所述的基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，其特征在于：所述第一单悬臂梁和第二单悬臂梁上，在横向中心线且距离固定端较近的位置上，前、后两面各粘贴有一片压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器的姿态角为0度；在靠近固定端根部的位置上，前、后两面对称粘贴有两片压电陶瓷驱动器，每一面的两片压电陶瓷驱动器关于横向中心线对称，且姿态角为0度；在自由端边缘的横向中心线上安装有一个加速度传感器；所述第一铰接悬臂梁和第二铰接悬臂梁上，在内柔性梁的横向中心线且距离固定端较近的位置上，前、后两面各粘贴有一片压电陶瓷传感器，在外柔性梁的横向中心线且靠近铰链的位置上，前、后两面各粘贴有一片压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器的姿态角为0度；在靠近固定端根部的位置上，前、后两面对称粘贴有两片压电陶瓷驱动器，每一面的两片压电陶瓷驱动器关于横向中心线对称，且姿态角为0度；在自由端边缘的横向中心线上安装有一个加速度传感器。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于单轴气浮台的多柔性悬臂梁耦合振动测控装置，其特征在于：所述供气回路由气泵、气...

【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