柔性板弯曲振动检测控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种柔性板弯曲振动检测控制装置及方法，所述装置包括至少两块柔性板、振动检测机构、驱动机构和控制组件；所有柔性板通过柔性铰链依次铰接在一起，形成柔性铰接板；振动检测机构包括视觉系统、支架、至少一个加速度传感器、至少两片压电传感器和至少两台激光位移传感器，视觉系统设置在支架上，每个加速度传感器设置在其中一块柔性板上，每片压电传感器设置在对应的柔性板上，每台激光位移传感器对准对应的柔性板；驱动机构包括压电驱动器和气浮平衡系统，压电驱动器设置在一块柔性板上，气浮平衡系统与至少一块柔性板连接。本发明专利技术有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响，能够充分反映柔性铰接板振动模态的全局特性。

【技术实现步骤摘要】
柔性板弯曲振动检测控制装置及方法
本专利技术涉及一种振动检测控制装置，尤其是一种柔性板弯曲振动检测控制装置及方法，属于柔性结构的运动和振动控制领域。
技术介绍
在当代经济飞速发展的同时，航天领域各项技术也得到了迅速的发展。柔性化、大型化、低刚度是各类航天结构的一个重要发展趋势，柔性结构可以增加有效载荷的重量，提高运载工具的效率；大型结构可以增加空间的功能性和航天器设计、制造的灵活性。在航天航空领域，需要使用大量的太阳能帆板，实际中的太阳能帆板由多块矩形帆板连接而成，第一块帆板的一段与航天器相连接，另一端通过铰链与第二块帆板相连接，第二块帆板则以同样的方式与第三块帆板相连接；这样，多块矩形帆板连接构成了太阳能帆板。在此连接条件下，太阳能帆板具有大跨度和高柔性的特点。而在无外阻的太空环境下，极易受到外部激励作用而产生持续时间较长的低频大幅值振动，因此，对大型柔性结构的振动分析和控制研究是很有必要的。近年来，柔性结构的振动主动控制成为当今世界研究的重点及热点课题。加速度传感器质量轻，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，增强系统鲁棒性。由于加速度传感器的应用会给系统引进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，特别适合用于柔性板等挠性结构的振动控制应用。激光位移传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成，能够精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化，可以测量位移、厚度、振动、距离、直径等精密的几何测量。使用激光位移传感器可以在不增加柔性板负载的情况下进行振动信号检测。柔性铰链(或称柔性轴承)是一种结构简单、形状较为规则的弹性支承，具有和几何中心轴重合的回转中心，依靠在圆周径向均布的弹性薄片的有限变形进行工作。在扭转载荷下，绕其回转中心在有限角度范围内产生回转运动。二十世纪六十年代前后，由于航空航天技术的发展，对实现小范围内偏转的支撑结构，不仅提出了高分辨率的要求，还要求结构上具有微小型化的要求。人们在经过对各类型的弹性支撑实验探索后，逐步开发出体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵活的柔性铰链。柔性铰链机构利用了弹性材料微小变形及其自回复的特性，消除了传动过程中的空程和机械摩擦，能获得超高的位移分辨率。
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，提供了一种柔性板弯曲振动检测控制装置，该装置有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响，为研究铰链连接对于柔性铰接板振动的影响提供了良好的条件，有效减轻柔性铰接板的负载效应，使得测量的数据更加精确，得到的柔性铰接板振动信息更加完整，能够充分反映柔性铰接板振动模态的全局特性。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述装置的柔性板弯曲振动检测控制方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：柔性板弯曲振动检测控制装置，包括至少两块柔性板、振动检测机构、驱动机构和控制组件；所述至少两块柔性板垂直于水平面，并通过柔性铰链依次铰接在一起，形成柔性铰接板；所述振动检测机构包括视觉系统、支架、至少一个加速度传感器、至少两片压电传感器和至少两台激光位移传感器，所述视觉系统设置在支架上，用于检测各柔性板之间的柔性铰链，每个加速度传感器设置在其中一块柔性板上，所述压电传感器、激光位移传感器和柔性板均为一一对应，每片压电传感器设置在对应的柔性板上，每台激光位移传感器对准对应的柔性板；所述驱动机构包括压电驱动器和气浮平衡系统，压电驱动器设置在一块柔性板上，所述气浮平衡系统与至少一块柔性板连接；所述控制组件分别与视觉系统、加速度传感器、压电传感器、激光位移传感器、压电驱动器、气浮平衡系统连接。进一步的，所述气浮平衡系统包括至少一个气浮垫和气动回路，每个气浮垫与其中一块柔性板的下端连接，所述气动回路与气浮垫连接，用于向气浮垫提供加压气体。进一步的，所述气动回路包括气泵、气动三联件和开关阀，所述气泵、气动三联件和开关阀依次连接，所述开关阀与气浮垫连接。进一步的，所述装置还包括第一支撑平台，所述第一支撑平台设置在气浮垫的下方，所述气动回路向气浮垫提供加压气体后，使气浮垫与第一支撑平台之间形成一层薄膜。进一步的，所述视觉系统包括至少一台工业相机、至少一个云台、至少一个滑块以及一条导轨，所述导轨固定在支架上，所述工业相机、云台和滑块均为一一对应，每个滑块滑动设置在导轨上，每台工业相机的镜头竖直向下对准相邻两块柔性板之间的柔性铰链，且每台工业相机设置在对应的云台上，每个云台固定在对应的滑块上。进一步的，所述控制组件包括计算机、运动控制卡、端子板、传感器控制器、驱动电路、压电放大器和电荷放大器，所述计算机、运动控制卡和端子板依次连接，所述运动控制卡分别与传感器控制器、驱动电路连接，所述端子板分别与压电放大器、电荷放大器连接；所述计算机与视觉系统连接，所述传感器控制器与激光位移传感器连接，所述驱动电路与气浮平衡系统连接，所述压电放大器与压电驱动器连接，所述电荷放大器分别与加速度传感器、压电传感器连接。进一步的，所述柔性铰链包括上柔性铰链和下柔性铰链。进一步的，所述装置还包括夹紧部件、支座和平板，所述夹紧部件夹紧其中一块柔性板的一端，并通过支座固定在平板上。进一步的，所述装置还包括第二支撑平台，所述激光位移传感器固定在第二支撑平台上。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：基于上述装置的柔性板弯曲振动检测控制方法，所述方法包括：视觉系统的每台工业相机检测相邻两块柔性板之间的柔性铰链附近位移变化，每个加速度传感器检测所在柔性板自由端边缘的振动信号，每片压电传感器检测对应柔性板固定端附近的弯曲振动，每台激光位移传感器检测对应柔性板自由端附近的弯曲振动；将工业相机检测到的振动信号直接输入至计算机中；将加速度传感器检测的振动信号经过电荷放大器放大处理后，经由端子板的传输，输出至运动控制卡，通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机中；将压电传感器检测到的振动信号经过电荷放大器放大处理后，经由端子板的传输，输出至运动控制卡，通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机中；将激光位移传感器检测到的振动信号通过传感器控制器传输至运动控制卡，通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机中；计算机根据检测到的振动信号，运行相应的主动控制算法，得到相应的振动反馈信号经由运动控制卡的D/A转换模块输出，再通过端子板的信息传递，经过压电放大器放大信号，输出到压电驱动器中进行响应，控制柔性铰接板的振动；通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到柔性铰接板的振动特性及控制效果。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术通过合理的机械结构设计，将至少两块完全相同的柔性板垂直于水平面，并通过柔性铰链依次铰接，形成柔性铰接板，其动力学特性与实际的太阳能帆板结构更为接近，有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响，为研究铰链连接对于柔性铰接板振动的影响提供了良好的条件；同时，采用压电陶瓷片传感器和加速度传感器的接触测量方式检测柔性铰接板振动信号，以及采用激光位移传感器和工业相机的非接触测量方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.柔性板弯曲振动检测控制装置，其特征在于：包括至少两块柔性板、振动检测机构、驱动机构和控制组件；所述至少两块柔性板垂直于水平面，并通过柔性铰链依次铰接在一起，形成柔性铰接板；所述振动检测机构包括视觉系统、支架、至少一个加速度传感器、至少两片压电传感器和至少两台激光位移传感器，所述视觉系统设置在支架上，用于检测各柔性板之间的柔性铰链，每个加速度传感器设置在其中一块柔性板上，所述压电传感器、激光位移传感器和柔性板均为一一对应，每片压电传感器设置在对应的柔性板上，每台激光位移传感器对准对应的柔性板；所述驱动机构包括压电驱动器和气浮平衡系统，压电驱动器设置在一块柔性板上，所述气浮平衡系统与至少一块柔性板连接；所述控制组件分别与视觉系统、加速度传感器、压电传感器、激光位移传感器、压电驱动器、气浮平衡系统连接。

【技术特征摘要】
1.柔性板弯曲振动检测控制装置，其特征在于：包括至少两块柔性板、振动检测机构、驱动机构和控制组件；所述至少两块柔性板垂直于水平面，并通过柔性铰链依次铰接在一起，形成柔性铰接板；所述振动检测机构包括视觉系统、支架、至少一个加速度传感器、至少两片压电传感器和至少两台激光位移传感器，所述视觉系统设置在支架上，用于检测各柔性板之间的柔性铰链，每个加速度传感器设置在其中一块柔性板上，所述压电传感器、激光位移传感器和柔性板均为一一对应，每片压电传感器设置在对应的柔性板上，每台激光位移传感器对准对应的柔性板；所述驱动机构包括压电驱动器和气浮平衡系统，压电驱动器设置在一块柔性板上，所述气浮平衡系统与至少一块柔性板连接；所述控制组件分别与视觉系统、加速度传感器、压电传感器、激光位移传感器、压电驱动器、气浮平衡系统连接。2.根据权利要求1所述的柔性板弯曲振动检测控制装置，其特征在于：所述气浮平衡系统包括至少一个气浮垫和气动回路，每个气浮垫与其中一块柔性板的下端连接，所述气动回路与气浮垫连接，用于向气浮垫提供加压气体。3.根据权利要求2所述的柔性板弯曲振动检测控制装置，其特征在于：所述气动回路包括气泵、气动三联件和开关阀，所述气泵、气动三联件和开关阀依次连接，所述开关阀与气浮垫连接。4.根据权利要求2或3所述的柔性板弯曲振动检测控制装置，其特征在于：所述装置还包括第一支撑平台，所述第一支撑平台设置在气浮垫的下方，所述气动回路向气浮垫提供加压气体后，使气浮垫与第一支撑平台之间形成一层薄膜。5.根据权利要求1所述的柔性板弯曲振动检测控制装置，其特征在于：所述视觉系统包括至少一台工业相机、至少一个云台、至少一个滑块以及一条导轨，所述导轨固定在支架上，所述工业相机、云台和滑块均为一一对应，每个滑块滑动设置在导轨上，每台工业相机的镜头竖直向下对准相邻两块柔性板之间的柔性铰链，且每台工业相机设置在对应的云台上，每个云台固定在对应的滑块上。6.根据权利要求1所述的柔性板弯曲振动检测控制装置，其特征在于：所述控制组件包括计算机、运动控制卡、端子板、传感器控制器、驱动电路、压电放大器和电荷放大器，所述计算机、运动控制卡和端子板依次连接，所述运动...

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