本发明专利技术公开了一种二维旋转激励平移振荡装置。基座的上表面呈一个正方形，第一横向导轨、第二横向导轨、第一纵向导轨、第二导纵向导轨固定在基座的四个边上。振荡块可分别在横向振荡导轨和纵向振荡导轨上沿横向和纵向作两自由度的振动。在振荡块的上方，转轴通过连杆带动质块在水平面内旋转，旋转平面与振荡块的上表面平行。当振荡块沿横向振荡导轨和纵向振荡导轨来回振动时，通过电机带动质块旋转，从而使其振动能够迅速停止。该装置为振动的主动控制及欠驱动系统的控制设计提供了一个有效模型及实验平台。本发明专利技术提供的二维旋转激励平移振荡装置具有结构简单、节能高效等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种平移振荡装置，特别涉及二维旋转激励平移振荡装置。
技术介绍
欠驱动系统是指控制输入的数目少于系统自由度的一类系统，球棒系统、倒立摆 系统和直升飞机等都是典型的欠驱动系统。实际应用中许多系统都被设计成为了欠驱动系统(航天器、直升飞机、水下航行器、卫星、柔性机器人等)。欠驱动系统根据其产生的原因可分为以下四类由系统本身的动力学所决定的欠驱动系统(例如航行器、宇宙飞船、直升飞机、水下舰艇和无轮机车等)；为了节省开支或者其他一些实用目的而设计的欠驱动系统(例如两个推进器的卫星和柔性连杆机器人)；由于驱动失败而从全驱动系统转变而成的欠驱动系统(例如水面舰船，航行器);为了深入研究高阶欠驱动系统的控制而人为的创造较为复杂的低阶非线性系统(例如两阶倒立摆、球棒系统和旋转摆)。欠驱动特性虽然在系统设计、制造上带来很大方便，但是它也使得系统的内部动力学特性更加复杂，近年来针对这类系统的研究逐步发展成为控制理论界的一个研究热点。在振动控制领域，欠驱动振动抑制系统同样能得到广泛的应用。由于物体在振动是通常会在多自由度同时振荡，通常两自由度振动的控制需要两自由度的控制激励输出来实现，这为振动的检测和实现增加了成本。若采用欠驱动系统，可以仅通过一个自由度的激励输出即可控制两个，乃至多个自由度的振荡。这样大大的简化了系统结构，节省了成本。本专利技术提供一个欠驱动系统的典型模型，可以通过一个自由度的激励输出控制两个自由度的平移振荡。本专利技术可以应用于振动的主动控制，并为欠驱动控制算法的设计供了一个模型及实验平台。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供欠驱动系统的模型，仅通过一个自由度的旋转激励输出即可抑制两个自由度的平移振荡，其结构简单、节能高效，为振动控制以及欠驱动控制算法的设计供了一个模型及实验平台。本专利技术的技术方案如下一种二维旋转激励平移震荡装置，包括 包括振荡块I，基座2,第一横向导轨3,第二横向导轨4,第一纵向导轨5,第二纵向导轨6，横向振荡导轨7,纵向振荡导轨8,横向弹簧9,纵向弹簧10,质块11,连杆12,电机13,转轴14，码盘15，减速器16，电池组17，控制器18，驱动器19，加速度计20 ； 基座2的上表面呈一个正方形,第一横向导轨3、第二横向导轨4、第一纵向导轨5、第二导纵向导轨固定在基座2的四个边上。纵向振荡导轨8横跨在第一横向导轨3和第二横向导轨4上，横向振荡导轨7横跨在第一纵向导轨5和第二纵向导轨6上；横向振荡导轨7和纵向振荡导轨8分别从振荡块I横轴上的小孔以及纵轴上的小孔贯穿振荡块I ;横向弹簧9位于横向振荡导轨7上，其两端分别与振荡块I和横向振荡导轨7的一端固定相连；纵向弹簧10位于纵向振荡导轨8上，其两端分别与振荡块I和纵向振荡导轨8的一端固定相连；在振荡块I的上方，转轴14与连杆12的一端固定相连，连杆12的另一端与质快相连；转轴14位于振荡块I的中心线上，在转轴14的带动下，质块11可绕转轴14在水平面内旋转，旋转平面与振荡块I的上表面平行。 纵向振荡导轨8两端分别与第一横向导轨3和第二横向导轨4滑动连接，并与第一横向导轨3和第二横向导轨4滑动连接保持垂直；横向振荡导轨7两端分别与第一纵向导轨5和第二纵向导轨6滑动连接，并与第一纵向导轨5和第二纵向导轨6滑动连接保持垂直；纵向振荡导轨8略高于横向振荡导轨7,从而使两导轨在空间上不相重合；横向弹簧9和纵向弹簧10在平衡位置时，振荡块I位于整个基座2中心线上方。振荡块I的内部包含电机13、码盘15、减速器16、电池组17、控制器18、驱动器19和加速度计20 ;电机13固定在振荡块I的中部，通过减速器16与转轴14相连，可带动转轴14转动；码盘15位于电机13的下方，用于测量质块11的转角0 ;加速度计20与振荡块I固定相连，用于测量振荡块I的横向加速度ax和纵向加速度ay ；电池组17、控制器18、驱动器19均与振荡块I固定相连；电池组17与电机13、控制器18、驱动器19、码盘15以及加速度计20均有导线相连，用于给电机13、控制器18、驱动器19、码盘15以及加速度计20提供电力；控制器18与码盘15、加速度计20、驱动器19之间均有导线相连。控制器18可采用DSP芯片实现，控制器18所采用的控制算法可为无源控制算法、模糊控制算法或滑模变结构控制算法。本专利技术所述的二维旋转激励平移振荡装置可以通过驱动一个质块旋转在水平面内旋转，从而抑制横向和纵向两个自由度的振动。尽管本专利技术所述系统需要控制振荡块的横向位置A纵向位置_7和质块的转角9三个自由度的量，但其仍可以仅通过一个控制输A r而实现对所有状态变量的控制。这是由于系统的驱动量和非驱动量之间存在着非线性耦合。换句话说，对于本专利技术装置而言，质块的转角e与振荡块的平面位置Z和_7存在着非线性耦合，从而使得施加在质块上的转矩T不仅能够控制质块的转角〃，而且能够控制振荡块的位置^和_7。然而质块在平衡位置的转角不能落在横轴和纵轴方向上，且横向弹簧和纵向弹簧的倔强系数七和冬需满足七#冬(横向振荡周期与纵向振荡周期不等)，否则质块的转角9与振荡块的位置1和_7之间的非线性耦合将会消失，控制输入T将不能控制振荡块在横轴和纵轴上的位置Z和_7。本专利技术的有益效果如下。I、本专利技术所述的二维旋转激励平移振荡装置仅通过一个自由度的旋转激励输出即可抑制两个自由度的平移振荡，具有结构简单、节能高效等特点。2、本专利技术所述装置也是一个典型的欠驱动系统实验平台，通过本装置可验证非线性控制算法的好坏，本装置可广泛地应用于科研和教学场合。附图说明图I是本专利技术二维旋转激励平移振荡装置的俯视图。图2是本专利技术二维旋转激励平移振荡装置的斜视图。图3是本专利技术所述振荡块的内部结构图。图4是本专利技术控制结构图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。—种二维旋转激励平移振荡装置。包括振荡块I，基座2,第一横向导轨3,第二横向导轨4,第一纵向导轨5,第二纵向导轨6,横向振荡导轨7,纵向振荡导轨8,横向弹簧9,纵向弹簧10，质块11，连杆12，电机13，转轴14，码盘15，减速器16，电池组17，控制器18，驱动器19，加速度计20等。图I和图2所示的分别是本专利技术装置俯视图和斜视图。基座2的上表面呈一个正方形，第一横向导轨3和第二横向导轨4横向固定在基座2两边；第一纵向导轨5和第二导纵向轨纵向固定在基座2的另外两边，即四根导轨固定在基座2的四个边上。纵向振荡导轨8横跨在第一横向导轨3和第二横向导轨4上，其两端分别与第一横向导轨3和第二横向导轨4滑动连接，并与第一横向导轨3和第二横向导轨4滑动连接保持垂直；横向振荡导轨7横跨在第一纵向导轨5和第二纵向导轨6上,其两端分别与第一纵向导轨5和第二纵向导轨6滑动连接，并与第一纵向导轨5和第二纵向导轨6滑动连接保持垂直。纵向振荡导轨8横可在第一横向导轨3和第二横向导轨4上沿横向自由滑动；横向振荡导轨7横可在第一纵向导轨5和第二纵向导轨6上沿纵向自由滑动。纵向振荡导轨8略高于横向振荡导轨7,从而使两导轨在空间上不相重合。振荡块I呈一个正方形，在其横轴与纵轴上各有一个小孔。横向振荡导轨7和纵向振荡导轨8分别从振荡块I横轴上的小孔以及纵轴上的小孔贯穿振荡块I。横向弹簧9位于横向本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二维旋转激励平移震荡装置，其特征在于包括 振荡块(I)，基座(2),第一横向导轨(3),第二横向导轨(4),第一纵向导轨(5),第二纵向导轨(6)，横向振荡导轨(7)，纵向振荡导轨(8)，横向弹簧(9)，纵向弹簧(10)，质块(11)，连杆(12)，电机(13)，转轴(14)，码盘(15)，减速器(16)，电池组(17)，控制器(18)，驱动器(19)，加速度计(20)； 基座(2)的上表面呈一个正方形,第一横向导轨(3)、第二横向导轨(4)、第一纵向导轨(5)、第二导纵向导轨固定在基座(2)的四个边上； 纵向振荡导轨(8)横跨在第一横向导轨(3)和第二横向导轨(4)上,横向振荡导轨(7)横跨在第一纵向导轨(5)和第二纵向导轨(6)上； 横向振荡导轨(7)和纵向振荡导轨(8)分别从振荡块(I)横轴上的小孔以及纵轴上的小孔贯穿振荡块(I); 横向弹簧(9)位于横向振荡导轨(7)上,其两端分别与振荡块(I)和横向振荡导轨(7)的一端固定相连； 纵向弹簧(10)位于纵向振荡导轨(8)上，其两端分别与振荡块(I)和纵向振荡导轨(8)的一端固定相连； 在振荡块(I)的上方，转轴(14)与连杆(12)的一端固定相连,连杆(12)的另一端与质快相连； 转轴(14)位于振荡块(I)的中心线上，在转轴(14)的带动下，质块(11)可绕转轴(14)在水平面内旋转，旋转平面与振荡块(I)的上表面平行。2.根据权利要求I所述的二维旋转激励平移震荡装置，其特征在于 所述纵向振荡导轨(8)两端分别与第一横向导轨(3)和第二横向导轨(4)滑动连接，并与第一横向导轨(...
【专利技术属性】
技术研发人员：高丙团，包宇庆，汤奕，
申请(专利权)人：苏州市思玛特电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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