一种非对称半主动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非对称半主动控制系统及方法。该系统包括：压电装置、负电容非对称控制电路、开关切换装置和开关切换控制装置；负电容非对称控制电路包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电容和第一二极管；运算放大器的同相输入端与压电装置、第二电阻的一端和第三电阻的第一端连接；第三电阻的第二端与第一二极管的一端连接；运算放大器的反相输入端与第一电阻的一端和电容的第一端连接；运算放大器的输出端与第一二极管的另一端、第二电阻的另一端和第一电阻的另一端连接；电容的第二端与开关切换装置连接。采用本发明专利技术的非对称半主动控制系统及方法，具有可以实现将对称的控制电压信号调整为非对称的控制电压信号的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称半主动控制系统及方法
本专利技术涉及控制
，特别是涉及一种非对称半主动控制系统及方法。
技术介绍
随着航天事业的不断发展，航天器的大型化、低刚度与柔性化是目前的一个重要发展趋势。目前，常用的航天器的振动控制手段为被动控制和基于压电材料的主动控制和同步开关阻尼半主动控制。但是，在传统的同步开关阻尼半主动控制系统中，压电元件两端电压都是对称翻转的，即压电元件工作过程中最大正电压和最大负电压相等。但对于工作电压范围非对称的压电材料，例如MFC，其工作电压范围为-500V～+1500V，如果仍然使用传统的半主动控制方法，使用效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非对称半主动控制系统及方法，具有可以实现将对称的控制电压信号调整为非对称的控制电压信号的优点。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种非对称半主动控制系统，包括：压电装置、负电容非对称控制模块和开关切换控制装置；所述负电容非对称控制模块包括负电容非对称控制电路和开关切换装置；所述负电容非对称控制电路与所述压电装置连接，所述负电容非对称控制电路用于产生非对称控制电压信号；所述开关切换装置与所述负电容非对称控制电路连接，所述开关切换装置用于控制所述负电容非对称控制电路产生的非对称控制电压信号；所述开关切换控制装置与所述开关切换装置连接，所述开关切换控制装置用于控制所述开关切换装置的开关切换；所述负电容非对称控制电路，包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电容和第一二极管；所述运算放大器的同相输入端与所述压电装置、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的一端连接；所述运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端和所述电容的第一端连接；所述运算放大器的输出端与所述第一二极管的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第一电阻的另一端连接；所述电容的第二端与所述开关切换装置连接。本专利技术还提供一种非对称半主动控制系统，包括：压电装置、负电容非对称控制模块和开关切换控制装置；所述负电容非对称控制模块包括负电容非对称控制电路和开关切换装置；所述负电容非对称控制电路与所述压电装置连接，所述负电容非对称控制电路用于产生非对称控制电压信号；所述开关切换装置与所述负电容非对称控制电路连接，所述开关切换装置用于控制所述负电容非对称控制电路产生的非对称控制电压信号；所述开关切换控制装置与所述开关切换装置连接，所述开关切换控制装置用于控制所述开关切换装置的开关切换；所述负电容非对称控制电路，具体包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电容和第一二极管；所述运算放大器的同相输入端与所述压电装置和所述第二电阻的一端连接；所述运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端、所述第三电阻的第一端和所述电容的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的一端连接；所述运算放大器的输出端与所述第一二极管的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第一电阻的另一端连接；所述电容的第二端与所述开关切换装置连接。可选的，所述开关切换装置具体包括：第二二极管、第三二极管、第一开关和第二开关；所述电容的第二端与所述第二二极管的负极连接，所述电容的第二端与所述第三二极管的正极连接；所述第二二极管的正极与所述第一开关的一端连接，所述第三二极管的负极与所述第二开关的一端连接；所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端接地。可选的，所述开关切换控制装置，具体包括：激光位移传感器和开关信号调理模块；所述激光位移传感器和所述开关信号调理模块连接；所述开关信号调理模块与所述开关切换装置连接；所述激光位移传感器用于向所述压电装置发射激光并获取所述压电装置的位移幅值信号；所述开关信号调理模块用于根据所述压电装置的位移幅值信号产生开关切换信号。可选的，所述压电装置，具体包括：压电悬臂梁和压电片；所述压电片粘贴在所述压电悬臂梁上；所述压电片与所述运算放大器的同相输入端连接。所述负电容非对称控制电路，还包括：第四电阻；所述第四电阻与所述电容并联。可选的，所述第一二极管正极与所述第三电阻的第二端连接，所述第一二极管的负极与所述运算放大器的输出端连接。可选的，所述第一二极管正极与所述运算放大器的输出端连接，所述第一二极管的负极与所述第三电阻的第二端连接。本专利技术还提供一种非对称半主动控制方法，应用于权利要求1或2的非对称半主动控制系统，包括：开关切换装置获取开关切换控制装置产生的开关切换信号；所述开关切换控制装置包括激光位移传感器和开关信号调理模块；所述开关切换装置根据所述开关切换信号进行开关切换；负电容非对称控制电路在所述开关切换装置完成开关切换后产生非对称控制电压信号；所述压电装置根据所述电压信号进行振动控制。可选的，所述开关切换装置获取开关切换控制装置产生的开关切换信号，具体包括：所述激光位移传感器获取所述压电装置的振动位移幅值信号；所述开关信号调理模块根据所述振动位移幅值信号判断所述压电装置的位移是否处于极值，若是，产生开关切换信号；所述开关切换装置获取开关信号调理模块产生的开关切换信号。可选的，所述开关信号调理模块根据所述振动位移幅值信号判断所述压电装置的位移是否处于极值，若是，产生开关切换信号，具体包括：所述开关信号调理模块获取所述振动位移幅值；所述开关信号调理模块根据获取的所述振动位移幅值向后延长一段时间，得到延时后的振动位移幅值；所述延长的时间小于预设时间；比较所述延时后的振动位移幅值与所述振动位移幅值的大小，若所述延时后的振动位移幅值大于所述振动位移幅值，则当所述延时后的振动位移幅值小于所述振动位移幅值时输出产生开关切换信号；若所述延时后的振动位移幅值小于所述振动位移幅值，则当所述延时后的振动位移幅值大于所述振动位移幅值时输出产生开关切换信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种非对称半主动控制系统及方法，第三电阻和第一二极管串联后并联在第二电阻两端，由于二极管的单项导通性，在该支路电流方向与第一二极管导通方向相反时电阻不参与负电容的构造，改变了负电容的值，从而产生了非对称的控制电压信号。并且通过在负电容构造中添加二极管的简单方案使控制电压在正向的幅值明显大于在负向的幅值，充分发挥了MFC等压电材料的性能，不仅控制能力强，而且缩短了控制时间。如果将第三电阻和第一二极管串联后并联在第一电阻两端，由于负电容非对称控制电路结构发生改变，改变了负电容的值，从而改变了非对称的控制电压信号。此外，如果将第三电阻和第一二极管反向串联后并联在第二电阻两端，此时第一二极管的截止时间段与第一二极管正向时的截止时间段相反，从而产生负向控制电压大于正向控制电压的控制信号。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一中非对称半主动控制系统图；图2为本专利技术实施例一中负电容非对称控制电路图；图3为本专利技术实施例一中开关切换装置结构图；图4为本专利技术实施例二中负电容非对称控制电路图；图5为本专利技术实施例三中非对称半主动控制方法流程图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非对称半主动控制系统，其特征在于，包括：压电装置、负电容非对称控制模块和开关切换控制装置；所述负电容非对称控制模块包括负电容非对称控制电路和开关切换装置；所述负电容非对称控制电路与所述压电装置连接，所述负电容非对称控制电路用于产生非对称控制电压信号；所述开关切换装置与所述负电容非对称控制电路连接，所述开关切换装置用于控制所述负电容非对称控制电路产生的非对称控制电压信号；所述开关切换控制装置与所述开关切换装置连接，所述开关切换控制装置用于控制所述开关切换装置的开关切换；所述负电容非对称控制电路，包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电容和第一二极管；所述运算放大器的同相输入端与所述压电装置、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的一端连接；所述运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端和所述电容的第一端连接；所述运算放大器的输出端与所述第一二极管的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第一电阻的另一端连接；所述电容的第二端与所述开关切换装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种非对称半主动控制系统，其特征在于，包括：压电装置、负电容非对称控制模块和开关切换控制装置；所述负电容非对称控制模块包括负电容非对称控制电路和开关切换装置；所述负电容非对称控制电路与所述压电装置连接，所述负电容非对称控制电路用于产生非对称控制电压信号；所述开关切换装置与所述负电容非对称控制电路连接，所述开关切换装置用于控制所述负电容非对称控制电路产生的非对称控制电压信号；所述开关切换控制装置与所述开关切换装置连接，所述开关切换控制装置用于控制所述开关切换装置的开关切换；所述负电容非对称控制电路，包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电容和第一二极管；所述运算放大器的同相输入端与所述压电装置、所述第二电阻的一端和所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的一端连接；所述运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端和所述电容的第一端连接；所述运算放大器的输出端与所述第一二极管的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第一电阻的另一端连接；所述电容的第二端与所述开关切换装置连接。2.一种非对称半主动控制系统，其特征在于，包括：压电装置、负电容非对称控制模块和开关切换控制装置；所述负电容非对称控制模块包括负电容非对称控制电路和开关切换装置；所述负电容非对称控制电路与所述压电装置连接，所述负电容非对称控制电路用于产生非对称控制电压信号；所述开关切换装置与所述负电容非对称控制电路连接，所述开关切换装置用于控制所述负电容非对称控制电路产生的非对称控制电压信号；所述开关切换控制装置与所述开关切换装置连接，所述开关切换控制装置用于控制所述开关切换装置的开关切换；所述负电容非对称控制电路，具体包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电容和第一二极管；所述运算放大器的同相输入端与所述压电装置和所述第二电阻的一端连接；所述运算放大器的反相输入端与所述第一电阻的一端、所述第三电阻的第一端和所述电容的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的一端连接；所述运算放大器的输出端与所述第一二极管的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第一电阻的另一端连接；所述电容的第二端与所述开关切换装置连接。3.根据权利要求1或2所述的非对称半主动控制系统，其特征在于，所述开关切换装置具体包括：第二二极管、第三二极管、第一开关和第二开关；所述电容的第二端与所述第二二极管的负极连接，所述电容的第二端与所述第三二极管的正极连接；所述第二二极管的正极与所述第一开关的一端连接，所述第三二极管的负极与所述第二开关的一端连接；所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端接地。4.根据权利要求1或2所述的非对称半主动控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：季宏丽，裘进浩，刘若愚，吴义鹏，张超，郭宇飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32