本发明专利技术公开了基于MFC驱动的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置及方法，包括：柔性铰接板本体部分、传动部分、振动检测部分及控制部分；柔性铰接板的一端由机械夹紧装置固定，另一端通过阻尼板伸入水中；第一柔性板上粘贴压电纤维片驱动器和压电纤维片传感器；阻尼板上粘贴MFC驱动器；第一铰链两侧均连接拉力弹簧；第二柔性板布设九个圆形标识，自由端正前方放置工业相机，利用双目视觉原理检测铰接板上多个圆形标识的振动，获取柔性铰接板的振动信号。该装置能够用来研究水中阻尼、弹簧耦合等因素对柔性铰接板结构振动的影响和振动控制，在空间柔性多体结构的振动测量与控制具有一定的应用前景。一定的应用前景。一定的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
基于MFC驱动的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置及方法
[0001]本专利技术涉及柔性铰接板的振动控制领域，具体涉及一种基于MFC驱动的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置及方法。
技术介绍
[0002]随着航天事业的不断发展，大型化、柔性化和低刚度的结构逐渐成为航天器的一个重要发展趋势。柔性结构意味着可以增加有效载荷的重量，而大型结构可以增加航天器设计和制造的灵活性。然而，由于大型的柔性结构阻尼小、柔性大、模态频率低等特征，在无阻尼的太空环境中运行时，很容易受到外部激励干扰从而产生以低频为主的长时间大幅值振动。若不加以抑制，会降低航天器结构的寿命和稳定性。所以，对大型柔性结构的振动测量和控制具有必要性。
[0003]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。对于太阳能帆板这种大型柔性结构，一般采用柔性铰接板结构来模拟，并且忽略铰链的刚度影响。其振动测量主要采用压电片、加速度传感器、光电位置传感器等传感器件，而其中压电片和加速度传感器为接触式传感器，会严重影响被测物体的振动情况，引入负载效应，降低测量精度；光电位置传感器虽然为非接触式，但其具有测量范围小、结构复杂、成本高昂等缺点。
[0004]柔性铰接板的振动控制通常也采用压电陶瓷片材料，然而传统的压电陶瓷片材料存在着脆性大、耐冲击性能差且弯曲半径小等缺陷，无法应用于应变较大的场合，且防水性不足，限制了压电陶瓷的广泛应用，应用在水下的工作环境时会极大地限制其效果。
技术实现思路
[0005]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于MFC驱动的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置，构建具有弹簧耦合及水中阻尼，并同时具有平移或旋转振动特性的柔性结构。
[0006]本专利技术的另一个目的是提供一种基于MFC驱动的柔性铰接板平移旋转振动检测控制方法，利用MFC在考虑水中阻尼情况下对柔性铰接板进行振动主动控制。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于MFC驱动的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置，包括：柔性铰接板本体部分、传动部分、振动检测部分及控制部分；
[0009]所述柔性铰接板本体部分，包括柔性铰接板，所述柔性铰接板包括通过第一铰链连接的第一柔性板及第二柔性板，两个柔性板垂直放置，第二柔性板的下端通过第二铰链与阻尼板连接，所述第二柔性板伸入水槽中，使得部分阻尼板浸没水中；所述第一铰链装有拉力弹簧，所述第二柔性板粘贴标志点，所述第一柔性板与机械夹紧装置固定；
[0010]所述传动部分，包括平移单元及旋转单元，所述平移单元包括平移驱动结构，所述平移驱动结构设置在龙门架上，柔性铰接板与平移驱动结构连接，驱动柔性铰接板在水平
方向上移动；
[0011]所述旋转单元，包括旋转架，所述拉力弹簧通过吊环与旋转架连接，所述旋转架的一端通过法兰与旋转驱动结构连接，另一端通过机械夹紧装置与柔性铰接板固连，所述旋转驱动结构带动法兰旋转，进一步带动旋转架转动，带动柔性铰接板绕竖直方向转动；
[0012]所述振动检测部分，用于检测柔性铰接板的振动信号；
[0013]所述控制部分，用于根据振动信号，抑制柔性铰接板的振动。
[0014]进一步，所述振动检测部分包括压电纤维片传感器及双目视觉测量单元，
[0015]所述压电纤维片传感器设置在第一柔性板的固定端，用于检测柔性铰接板的振动信号，经过电荷放大器放大后，通过端子板传输至运动控制卡，进一步输入计算机；
[0016]所述双目视觉测量单元，设置在第二柔性板的正前方，标志点在其视野范围内，用于获取标志点图像输入计算机，得到标志点的振动信息，反映柔性铰接板的振动情况。
[0017]进一步，所述控制部分包括压电纤维片驱动器和MFC驱动器，计算机得到振动信号后，产生相应的控制信号，输入运动控制卡，通过端子板输出，经过压电放大电路放大，输出压电纤维片驱动器和MFC驱动器，抑制柔性铰接板的振动。
[0018]进一步，所述MFC驱动器设置在阻尼板上，所述MFC驱动器由四片MFC片构成，每块阻尼板正反两面粘贴，每面一片，并联连接。
[0019]进一步，所述双目视觉测量单元包括两个工业相机，在第二柔性板的正前方，距离600mm。
[0020]进一步，所述压电纤维片驱动器包括弯曲模态压电驱动器和扭转模态压电驱动器，所述弯曲模态压电驱动器由八片压电纤维片构成，粘贴在第一柔性板靠近固定端的正反两面，每面四片且并联连接，并关于第一柔性板的宽度方向中线处对称；
[0021]所述扭转模态压电驱动器由四片压电纤维片构成，设置在第一柔性板，每面两片且并联连接，关于第一柔性板的宽度方向中线处对称。
[0022]进一步，所述旋转架为矩形框，所述柔性铰接板的上端与机械夹紧装置连接，所述机械夹紧装置通过连接杆固定在旋转架上。
[0023]进一步，所述第一铰链为两个，每个第一铰链的正反两侧均设有拉力弹簧，两个拉力弹簧对称分布，正反两侧的拉力弹簧所构成的平面与水平面垂直。
[0024]进一步，所述平移驱动结构包括第一伺服电机、联轴器、丝杠导轨及滑块，所述第一伺服电机与丝杠导轨安装在龙门架上，第一伺服电机通过联轴器带动丝杠导轨转动，带动滑块在丝杠导轨上水平方向移动，所述滑块通过第一支座与柔性铰接板连接；
[0025]所述旋转驱动结构包括第二伺服电机及行星减速器，所述行星减速器的输入端与第二伺服电机连接，其输出端与法兰连接，带动法兰转动。
[0026]一种柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置的控制方法，包括：
[0027]第一步 利用计算机控制伺服电机驱动柔性铰接板平移或旋转，以执行预设的期望轨迹，以此激励柔性铰接板产生相应的振动信号；
[0028]第二步 利用压电纤维片传感器检测柔性铰接板的振动，得到相应的测量信号；利用工业相机检测柔性铰接板自由端的位移变化；
[0029]第三步 将步骤二采集到的压电传感器信号由电荷放大器放大处理后，通过端子板传输至运动控制卡，再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
后，传输至计算机中；将工业相机检测的信号直接输入到计算机中进行处理，得到相应的弯曲和扭转振动反馈信号；
[0030]第四步 将步骤三中得到的检测信号，通过计算机得到相应的振动反馈信号经运动控制卡的D/A模块输出，通过端子板的传输，再经过压电放大电路放大处理后，输出到压电纤维驱动器和MFC驱动器中，从而抑制柔性铰接板的振动。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032](1)本专利技术可研究柔性铰接板平移或旋转过程中的振动检测及控制方法，且将柔性铰接板于竖直方向垂挂摆放，相比于其他研究装置，能更好地减少重力对柔性结构平移和转动的影响；
[0033](2)本专利技术采用了双目视觉检测方式来测量柔性铰接板的振动位移，相比于其它传感器，具有非接触测量，不增加结构附加质量，多点测量等优点；视觉测量得到的是包含振动信息的图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于MFC驱动的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置，其特征在于，包括：柔性铰接板本体部分、传动部分、振动检测部分及控制部分；所述柔性铰接板本体部分，包括柔性铰接板，所述柔性铰接板包括通过第一铰链连接的第一柔性板及第二柔性板，两个柔性板垂直放置，第二柔性板的下端通过第二铰链与阻尼板连接，所述第二柔性板伸入水槽中，使得部分阻尼板浸没水中；所述第一铰链装有拉力弹簧，所述第二柔性板粘贴标志点，所述第一柔性板与机械夹紧装置固定；所述传动部分，包括平移单元及旋转单元，所述平移单元包括平移驱动结构，所述平移驱动结构设置在龙门架上，柔性铰接板与平移驱动结构连接，驱动柔性铰接板在水平方向上移动；所述旋转单元，包括旋转架，所述拉力弹簧通过吊环与旋转架连接，所述旋转架的一端通过法兰与旋转驱动结构连接，另一端通过机械夹紧装置与柔性铰接板固连，所述旋转驱动结构带动法兰旋转，进一步带动旋转架转动，带动柔性铰接板绕竖直方向转动；所述振动检测部分，用于检测柔性铰接板的振动信号；所述控制部分，用于根据振动信号，抑制柔性铰接板的振动。2.根据权利要求1所述的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置，其特征在于，所述振动检测部分包括压电纤维片传感器及双目视觉测量单元，所述压电纤维片传感器设置在第一柔性板的固定端，用于检测柔性铰接板的振动信号，经过电荷放大器放大后，通过端子板传输至运动控制卡，进一步输入计算机；所述双目视觉测量单元，设置在第二柔性板的正前方，标志点在其视野范围内，用于获取标志点图像输入计算机，得到标志点的振动信息，反映柔性铰接板的振动情况。3.根据权利要求2所述的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置，其特征在于，所述控制部分包括压电纤维片驱动器和MFC驱动器，计算机得到振动信号后，产生相应的控制信号，输入运动控制卡，通过端子板输出，经过压电放大电路放大，输出压电纤维片驱动器和MFC驱动器，抑制柔性铰接板的振动。4.根据权利要求3所述的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置，其特征在于，所述MFC驱动器设置在阻尼板上，所述MFC驱动器由四片MFC片构成，每块阻尼板正反两面粘贴，每面一片，并联连接。5.根据权利要求2所述的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装置，其特征在于，所述双目视觉测量单元包括两个工业相机，在第二柔性板的正前方，距离600mm。6.根据权利要求3所述的柔性铰接板平移旋转振动检测控制装...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，刘一鸿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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