多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置，包括机箱和设于所述机箱中的第一模拟输入卡、第二模拟输入卡、第一模拟输出卡、第二模拟输出卡、FPGA单板机控制卡、直流电源卡，FPGA单板机控制卡设有自由度分解矩阵电路、8个信号正值处理器和8个带通滤波器。本实用新型专利技术所述控制装置采用嵌入式FPGA单板机作为核心控制器，运算速度高达0.0625ms(即16K采样频率)闭环控制步长；提供8路差分模拟输入和8路模拟输出，实现了多压电陶瓷激振器并联式激振系统的单向或多向振动试验控制，尤其适用于离心机上或空间受限设备上的一维或多维高频振动试验应用领域。

Multi piezoelectric ceramic vibrator parallel composite system controller

The utility model discloses a piezoelectric ceramic vibrator parallel combination system control device, which comprises a case and is arranged on the chassis of the first analog input card, second analog input card, the first second analog output card, analog output card, FPGA single board computer control card, DC power card, FPGA single board computer control card a degree of freedom decomposition matrix circuit, 8 positive signal processor and 8 band-pass filter. The utility model has the advantages of the control device based on embedded FPGA single board as the core controller, speed up to 0.0625ms (16K frequency) closed-loop control step; provide 8 differential analog inputs and 8 analog outputs, the piezoelectric ceramic vibrator parallel excitation system of one-way or vibration test control, especially suitable for centrifuge equipment or space constrained one-dimensional or multidimensional high frequency vibration test applications.

【技术实现步骤摘要】
多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置
本技术涉及一种以菱形框式压电陶瓷激振部件为单元的多个部件并联组合构成的激振系统为控制对象的控制装置，属于自动控制

技术介绍
采用弹簧钢菱形框结构的压电陶瓷激振器，以其轻质、小巧、推力大，工作频率高等特点，成为了一种新型的激振装置。由于其自身轻质、小巧，很容易实现多激振器组合，构成并联激振系统。并联激振系统尤其适用于离心机上安装的激振系统，实现武器和航天系统在飞行过程经历的高频振动与过载复合环境的模拟。中国国外少数发达国家在二十世纪八十年代建立了振动离心复合试验装置，中国国内发展较晚。例如，专利公布号为“CN104019830A”、名称为“一种标准的复合加速度输出装置”的专利技术专利，提出一种采用电磁振动台与离心机结合的复合加速度输出装置，但负载能力较小，主要用于惯性器件的校准检测。授权公告号为“CN102506897”、名称为“线振动与过载组合测试方法及其装置”的专利技术专利，采用圆盘式离心机和高速旋转平台来组成振动-过载复合试验装置；申请公布号为“CN103091118A”、名称为“过载复合环境测试试验台”的专利技术专利，采用在过载台上加装两个直线运动机构，直线运动机构上各安装一个随动台的结构方式，创造了在实验室中模拟对象在真实环境中的各种动态运动情况的新方法。此外，授权公告号为“CN201777393U”、名称为“多参数复合环境试验装置”的技术专利，申请公布号为“CN103091118A”、名称为“过载复合环境测试实验台”的专利技术型专利，申请公布号为“CN103148869A”、名称为“一种大过载与线振动复合测试设备”的专利技术专利，都是有关复合环境试验的装置。然而这些技术创造均不能够实现部件级产品的高频振动与过载复合环境模拟，另一方面激振系统的体积较大和复杂程度较大，会大大增加用于承载激振系统的离心机容量，也会使得系统的设计与安装更加复杂。现目前，离心机上振动台主要为电液式或电动式；其中，电液振动台上离心机技术较为成熟，但电液式振动台工作频率低，无法满足高频振动的要求，而电动式振动台上离心机技术相当复杂，需考虑系统隔振、动圈定中、冷却等诸多问题，技术至今仍不成熟。另外，中国国内关于高频压电陶瓷激振系统控制方面的文献尚无，相关的控制装置的产品及样机也未见推出。另外，经搜索专利文献资料，未见其他公开的关于高频压电陶瓷激振系统控制装置的相关文献，更未见相关产品在应用中使用。
技术实现思路
本技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种多压电陶瓷激振器并联组合系统的控制方法及控制装置。本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置，包括机箱，还包括设于所述机箱中的第一模拟输入卡、第二模拟输入卡、第一模拟输出卡、第二模拟输出卡、FPGA单板机控制卡和直流电源卡，所述第一模拟输入卡和所述第二模拟输入卡构成8路模拟输入通道并用于接收MIMO振动控制器的8个自由度输出信号，所述第一模拟输出卡和所述第二模拟输出卡构成8路模拟输出通道并用输出驱动信号给被控对象多压电陶瓷激振器并联激振系统的压电陶瓷功率放大器，所述直流电源卡为所述FPGA单板机控制卡供电，所述FPGA单板机控制卡设有自由度分解矩阵电路、8个信号正值处理器和8个带通滤波器，所述第一模拟输入卡和所述第二模拟输入卡的输出端分别与所述自由度分解矩阵电路的输入端对应连接，所述自由度分解矩阵电路的输出端分别与8个所述信号正值处理器的输入端对应连接，8个所述信号正值处理器的输出端分别与8个所述带通滤波器的输入端对应连接，8个所述带通滤波器的输出端分别与所述第一模拟输出卡和所述第二模拟输出卡的输出端对应连接。进一步，所述控制装置还包括设于所述机箱上的用于控制电源通断的开关按钮、用于外接交流电源的电源接口和用于与上位机通讯的以太网接口。本技术的有益效果在于：本技术所述控制装置采用嵌入式FPGA单板机作为核心控制器，运算速度高达0.0625ms(即16K采样频率)闭环控制步长；提供8路差分模拟输入和8路模拟输出，直流电源供电，整个控制器集成封装在控制机箱内，机箱外围接口包括8路模拟输入BNC通道和8路模拟输出BNC通道、开关按钮及以太网口，并通过以太网口与上位机通讯，能够保证压电式激振系统的稳定控制，也实现了多压电陶瓷激振器并联式激振系统的单向或多向振动试验控制，尤其适用于离心机上或空间受限设备上的一维或多维高频振动试验应用领域。附图说明图1是本技术所述多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置的主视图；图2是本技术所述多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置的后视图；图3是本技术所述多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置的电路框图。具体实施方式下面以一个详细推演本技术控制装置的实施例并结合附图对本技术作进一步说明：实施例：如图1、图2和图3所示，一种多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置，包括机箱和所述机箱中的第一模拟输入卡3、第二模拟输入卡4、第一模拟输出卡1、第二模拟输出卡2、FPGA单板机控制卡5、直流电源卡6、开关按钮9、电源接口7、以太网接口8，第一模拟输入卡3和第二模拟输入卡4构成8路模拟输入通道并用于接收MIMO振动控制器的8个自由度输出信号，第一模拟输出卡1和第二模拟输出卡2构成8路模拟输出通道并用输出驱动信号给被控对象多压电陶瓷激振器并联激振系统的压电陶瓷功率放大器，直流电源卡6为FPGA单板机控制卡5供电，FPGA单板机控制卡5上设有自由度分解矩阵电路、8个信号正值处理器和8个带通滤波器，第一模拟输入卡3和第二模拟输入卡4的输出端分别与自由度分解矩阵电路的输入端对应连接，自由度分解矩阵电路的输出端分别与8个信号正值处理器的输入端对应连接，8个信号正值处理器的输出端分别与8个带通滤波器的输入端对应连接，8个带通滤波器的输出端分别与第一模拟输出卡1和第二模拟输出卡2的输出端对应连接，开关按钮9用于控制电源通断，电源接口7用于外接交流电源，以太网接口8用于与上位机通讯。图1中的第一模拟输入卡3和第二模拟输入卡4与图3中的多路信号输入接线端对应，图1中的第一模拟输出卡1和第二模拟输出卡2与图3中的多路信号输出接线端对应。为了验证本技术所述控制装置的可行性，下面以一个优选的控制方法来进行具体说明，但下述控制方法并非唯一方法，也不是本技术的保护对象。结合图1-图3，一种多压电陶瓷激振器并联组合系统采用的优选控制方法，用于对MIMO振动控制器的多个自由度输出信号进行处理，包括以下步骤：(1)设计自由度合成矩阵与自由度分解矩阵：根据多个压电式激振器激振点的空间几何位置和运动学关系，设计运动自由度与激振器驱动的自由度合成矩阵与自由度分解矩阵，激振器的数量与自由度维数相同；本步骤的具体方法为：为清楚地描述负载(台体与被试件)的运动情况，需要建立两个坐标系，惯性坐标系o-xyz和动坐标系o′-x′y′z′，惯性坐标系与大地固连，坐标原点为台体处于中位时的台体几何中心所在位置；动坐标系与台体固连，并随台体运动与转动，其坐标原点为台体几何中心，两者在振动台工作零位位置重合，并且动坐标系各坐标轴的指向始终与惯性坐标系的坐标轴指向相同。忽略试件的偏心位置，X向压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置，包括机箱，其特征在于：还包括设于所述机箱中的第一模拟输入卡、第二模拟输入卡、第一模拟输出卡、第二模拟输出卡、FPGA单板机控制卡和直流电源卡，所述第一模拟输入卡和所述第二模拟输入卡构成8路模拟输入通道并用于接收MIMO振动控制器的8个自由度输出信号，所述第一模拟输出卡和所述第二模拟输出卡构成8路模拟输出通道并用输出驱动信号给被控对象多压电陶瓷激振器并联激振系统的压电陶瓷功率放大器，所述直流电源卡为所述FPGA单板机控制卡供电，所述FPGA单板机控制卡设有自由度分解矩阵电路、8个信号正值处理器和8个带通滤波器，所述第一模拟输入卡和所述第二模拟输入卡的输出端分别与所述自由度分解矩阵电路的输入端对应连接，所述自由度分解矩阵电路的输出端分别与8个所述信号正值处理器的输入端对应连接，8个所述信号正值处理器的输出端分别与8个所述带通滤波器的输入端对应连接，8个所述带通滤波器的输出端分别与所述第一模拟输出卡和所述第二模拟输出卡的输出端对应连接。

【技术特征摘要】
1.一种多压电陶瓷激振器并联组合系统控制装置，包括机箱，其特征在于：还包括设于所述机箱中的第一模拟输入卡、第二模拟输入卡、第一模拟输出卡、第二模拟输出卡、FPGA单板机控制卡和直流电源卡，所述第一模拟输入卡和所述第二模拟输入卡构成8路模拟输入通道并用于接收MIMO振动控制器的8个自由度输出信号，所述第一模拟输出卡和所述第二模拟输出卡构成8路模拟输出通道并用输出驱动信号给被控对象多压电陶瓷激振器并联激振系统的压电陶瓷功率放大器，所述直流电源卡为所述FPGA单板机控制卡供电，所述FPGA单板机控制卡设有自由度分解矩阵电路、8个信号正...

【专利技术属性】
技术研发人员：严侠，李思忠，邓婷，凌明祥，李晓琳，王宇飞，张平，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51