本發(fā)明涉及一種振動檢測裝置與方法，尤其是基于單軸氣浮臺的多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置與方法，屬于耦合振動檢測與控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來航天器結(jié)構(gòu)正朝著一個大型化、低剛度和柔性化的趨勢飛速發(fā)展。柔性結(jié)構(gòu)輕量化的特點可以增加有效載荷的重量，提高運(yùn)載效率；大型結(jié)構(gòu)可以增加空間結(jié)構(gòu)功能，使得航天器的設(shè)計和制造更加靈活。然而與此同時航天器的能量需求也越來越大，需要的太陽能電池板也越多，太陽能帆板的面積也就越來越大。而且太陽能帆板結(jié)構(gòu)通常采用輕質(zhì)材料制造以減少結(jié)構(gòu)重量，從而降低發(fā)射成本。這種巨大而單薄的柔性結(jié)構(gòu)，其模態(tài)阻尼很小，振動的低階模態(tài)頻率很低，在無外阻的太空失重環(huán)境中運(yùn)行時，極易受到諸如宇宙風(fēng)、微粒子流等外部擾動以及航天器變軌、帆板伸縮等自身激勵而產(chǎn)生長時間的低頻大幅值振動。如果沒有采用恰當(dāng)?shù)目刂品椒▽μ柲芊宓恼駝舆M(jìn)行抑制，將會給航天器的在軌運(yùn)行帶來諸多問題，如影響航天器的姿態(tài)穩(wěn)定度和指向精度，縮短航天器壽命，甚至造成太陽能帆板結(jié)構(gòu)的破壞，使航天器失效等等。為了保證柔性結(jié)構(gòu)及其上各種精密儀器的正常工作，必須對其低頻模態(tài)振動進(jìn)行檢測，分析振動特性并且加以控制。

現(xiàn)有技術(shù)中，研究模擬太陽能帆板結(jié)構(gòu)的彎曲模態(tài)振動控制，一般忽略連接鉸鏈對剛度產(chǎn)生的影響，將太陽能帆板簡化成懸臂梁結(jié)構(gòu)，采用加速度傳感器、壓電陶瓷片和角速度陀螺儀等接觸式測量傳感器，通過優(yōu)化配置來進(jìn)行振動檢測。加速度傳感器質(zhì)量小，易安裝，并且頻帶較寬，利用加速度傳感器反饋控制可在較寬頻帶范圍增加系統(tǒng)的主動阻尼，增強(qiáng)魯棒性并抑制撓性結(jié)構(gòu)的振動。由于加速度傳感器含有大量的高頻噪聲信號，因此要進(jìn)行濾波處理。壓電陶瓷材料具有響應(yīng)快、頻帶寬、線性度好、容易加工等優(yōu)點，可以利用其優(yōu)良的機(jī)電耦合效應(yīng)作為應(yīng)力-應(yīng)變傳感器對懸臂梁的彎曲振動信號進(jìn)行動態(tài)測量，同時壓電陶瓷片本身體積小、重量輕的特點使其不會對懸臂梁的質(zhì)量和剛度等結(jié)構(gòu)特性產(chǎn)生較大影響。

為了模擬太空中無外阻的懸浮狀態(tài)，可以考慮利用單軸氣浮臺作為整個實驗平臺的支撐，以消除外界摩擦力的影響；為了實現(xiàn)剛體運(yùn)動基的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，以模擬航天飛行器的機(jī)動并激發(fā)懸臂梁的振動，可以考慮將伺服電機(jī)安裝在氣浮工作臺上使其成為一個整體，利用伺服電機(jī)帶動飛輪旋轉(zhuǎn)使得氣浮工作臺向反方向旋轉(zhuǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于單軸氣浮臺的多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于進(jìn)行搭建和實施實驗，可以實現(xiàn)對柔性懸臂梁的彎曲振動模態(tài)進(jìn)行實時準(zhǔn)確的檢測并且加以控制。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述裝置的多柔性懸臂梁耦合振動測控方法，該方法能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有實驗方法的缺陷，浮動耦合多柔性梁的振動檢測和控制更為接近實際情況。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

基于單軸氣浮臺的多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置，包括懸臂梁本體、支持驅(qū)動組件和控制組件；

所述懸臂梁本體包括四根懸臂梁，所述四根懸臂梁均為柔性梁；四根懸臂梁的一端通過同一支架固定，該端為固定端，另一端為自由端，四根懸臂梁以支架為轉(zhuǎn)軸中心，沿周向呈90度均布；每根懸臂梁上設(shè)有壓電陶瓷傳感器、壓電陶瓷驅(qū)動器和加速度傳感器；

所述支持驅(qū)動組件包括單軸氣浮臺、供氣回路、伺服電機(jī)和伺服電機(jī)支架，所述四根懸臂梁通過支架安裝在單軸氣浮臺的支持轉(zhuǎn)臺上；所述供氣回路與單軸氣浮臺連接，用于向單軸氣浮臺供氣；所述伺服電機(jī)支架與單軸氣浮臺的支持轉(zhuǎn)臺固定連接，所述伺服電機(jī)帶有光電編碼器，并與伺服電機(jī)支架固定連接，用于通過伺服電機(jī)支架帶動單軸氣浮臺的支持轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)；

所述控制組件分別與壓電陶瓷傳感器、壓電陶瓷驅(qū)動器、加速度傳感器、供氣回路和伺服電機(jī)連接。

作為一種優(yōu)選方案，所述四根懸臂梁分別為第一單懸臂梁、第二單懸臂梁、第一鉸接懸臂梁和第二鉸接懸臂梁，所述第一單懸臂梁和第二單懸臂梁均由一根柔性梁組成，所述第一鉸接懸臂梁和第二鉸接懸臂梁均由內(nèi)、外兩根柔性梁鉸接而成；所述第一單懸臂梁與第一鉸接懸臂梁處于同一平面且對立分布在支架兩側(cè)，所述第二單懸臂梁與第二鉸接懸臂梁處于同一平面且對立分布在支架兩側(cè)，形成了第一單懸臂梁、第二單懸臂、第一鉸接懸臂梁和第二鉸接懸臂梁以支架為轉(zhuǎn)軸中心，沿周向呈90度均布的配置。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一單懸臂梁和第二單懸臂梁上，在橫向中心線且距離固定端較近的位置上，前、后兩面各粘貼有一片壓電陶瓷傳感器，壓電陶瓷傳感器的姿態(tài)角為0度；在靠近固定端根部的位置上，前、后兩面對稱粘貼有兩片壓電陶瓷驅(qū)動器，每一面的兩片壓電陶瓷驅(qū)動器關(guān)于橫向中心線對稱，且姿態(tài)角為0度；在自由端邊緣的橫向中心線上安裝有一個加速度傳感器；

所述第一鉸接懸臂梁和第二鉸接懸臂梁上，在內(nèi)柔性梁的橫向中心線且距離固定端較近的位置上，前、后兩面各粘貼有一片壓電陶瓷傳感器，在外柔性梁的橫向中心線且靠近鉸鏈的位置上，前、后兩面各粘貼有一片壓電陶瓷傳感器，壓電陶瓷傳感器的姿態(tài)角為0度；在靠近固定端根部的位置上，前、后兩面對稱粘貼有兩片壓電陶瓷驅(qū)動器，每一面的兩片壓電陶瓷驅(qū)動器關(guān)于橫向中心線對稱，且姿態(tài)角為0度；在自由端邊緣的橫向中心線上安裝有一個加速度傳感器。

作為一種優(yōu)選方案，所述供氣回路由氣泵、氣動三聯(lián)件和二位三通閥組成，所述氣動三聯(lián)件分別與氣泵和二位三通閥連接，所述二位三通閥與單軸氣浮臺連接；所述氣動三聯(lián)件由空氣過濾器、減壓閥和油霧分離器組裝在一起，并帶有一個壓力表。

作為一種優(yōu)選方案，所述控制組件包括計算機(jī)、運(yùn)動控制卡、開關(guān)閥驅(qū)動電路、壓電放大電路、電荷放大器和電機(jī)伺服單元，所述計算機(jī)通過運(yùn)動控制卡分別與開關(guān)閥驅(qū)動電路、壓電放大電路、電荷放大器和電機(jī)伺服單元連接，所述開關(guān)閥驅(qū)動電路與二位三通閥連接，所述壓電放大電路與壓電陶瓷驅(qū)動器連接，所述電荷放大器分別與壓電陶瓷傳感器、加速度傳感器連接，所述電機(jī)伺服單元與伺服電機(jī)連接；

計算機(jī)根據(jù)需要發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)控制信號，通過運(yùn)動控制卡內(nèi)部的I/O模塊向開關(guān)閥驅(qū)動電路輸入控制信號，開關(guān)閥驅(qū)動電路驅(qū)動二位三通閥的工位切換，從而控制供氣回路的開關(guān)，使單軸氣浮臺的支持轉(zhuǎn)臺浮起；

伺服電機(jī)的光電編碼器將伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動信息反饋給電機(jī)伺服單元，電機(jī)伺服單元通過運(yùn)動控制卡傳輸給計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)反饋信息發(fā)出相應(yīng)控制參數(shù)，通過運(yùn)動控制卡傳輸給電機(jī)伺服單元，電機(jī)伺服單元驅(qū)動伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而帶動單軸氣浮臺的支持轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)；

壓電陶瓷傳感器和加速度傳感器檢測所在懸臂梁的彎曲振動，將檢測到的振動信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號輸出，經(jīng)過電荷放大器放大后，通過運(yùn)動控制卡內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到計算機(jī)中，計算機(jī)處理后將控制信號經(jīng)由運(yùn)動控制卡內(nèi)部的D/A輸出模塊輸出，經(jīng)過壓電放大電路放大信號，輸出到壓電陶瓷驅(qū)動器中進(jìn)行響應(yīng)，以抑制懸臂梁的彎曲振動。

作為一種優(yōu)選方案，所述伺服電機(jī)支架上設(shè)有行星減速器和飛輪，所述伺服電機(jī)通過行星減速器的法蘭盤與伺服電機(jī)支架固定連接，且伺服電機(jī)的輸出軸與單軸氣浮臺的支持轉(zhuǎn)臺主軸同軸，所述飛輪與行星減速器的法蘭盤固定連接。

作為一種優(yōu)選方案，所述單軸氣浮臺包括空氣靜壓軸承和支持轉(zhuǎn)臺；供氣回路向單軸氣浮臺供應(yīng)加壓氣體，再經(jīng)由單軸氣浮臺向空氣靜壓軸承表面噴射加壓氣體，使支持轉(zhuǎn)臺主軸懸浮在空氣靜壓軸承的軸承套中。

作為一種優(yōu)選方案，所述單軸氣浮臺設(shè)置在一底座上。

作為一種優(yōu)選方案，所述底座的底部具有四個支撐腳，每兩個相鄰的支撐腳之間安裝一橫向支架。

本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

基于上述裝置的多柔性懸臂梁耦合振動測控方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、壓電陶瓷傳感器和加速度傳感器檢測所在懸臂梁的彎曲振動，將檢測到的振動信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號輸出；

步驟二、采集到的模擬電信號經(jīng)過電荷放大器放大，通過運(yùn)動控制卡內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到計算機(jī)中，計算機(jī)運(yùn)行相應(yīng)的主動控制算法對數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的彎曲振動反饋信號；

步驟三、所得到的彎曲振動反饋信號經(jīng)由運(yùn)動控制卡內(nèi)部的D/A輸出模塊輸出，經(jīng)過壓電放大電路放大信號，輸出到壓電陶瓷驅(qū)動器中進(jìn)行響應(yīng)，以抑制懸臂梁的彎曲振動；

步驟四、通過控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以重復(fù)上述步驟進(jìn)行實驗，獲取多次實驗的結(jié)果。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明的測控裝置基于單軸氣浮臺搭建，其結(jié)構(gòu)簡單，便于進(jìn)行搭建和實施實驗，通過巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，將總計四根柔性懸臂梁合理地實現(xiàn)了以支架為轉(zhuǎn)軸中心的沿周向呈90度均布的配置，且不與伺服電機(jī)支架發(fā)生干涉，有利于消除偏心對振動過程和測量結(jié)果的影響，提高實驗的精度，并且每根懸臂梁上設(shè)有壓電陶瓷傳感器、壓電陶瓷驅(qū)動器和加速度傳感器，使用壓電陶瓷傳感器和加速度傳感器相結(jié)合的測量方法對柔性懸臂梁的彎曲振動模態(tài)進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測信號對壓電陶瓷驅(qū)動器進(jìn)行響應(yīng)，以實現(xiàn)對懸臂梁結(jié)構(gòu)的彎曲振動主動抑制的目的。

2、本發(fā)明的測控裝置使用了單懸臂梁和鉸接懸臂梁整合配置的方法，通過對兩種結(jié)構(gòu)特性略有不同的懸臂梁的振動實驗結(jié)果進(jìn)行分析和對比，以及對兩者耦合振動模態(tài)的觀察和檢測，可以更好地分析鉸接對懸臂梁結(jié)構(gòu)特性的影響。

3、本發(fā)明的測控裝置利用供氣回路向單軸氣浮臺供應(yīng)加壓氣體，再經(jīng)由單軸氣浮臺向空氣靜壓軸承表面噴射加壓氣體，在空氣靜壓軸承和支持轉(zhuǎn)臺之間形成一層很薄的壓力氣膜，使支持轉(zhuǎn)臺主軸懸浮在空氣靜壓軸承的軸承套中，從而讓支持轉(zhuǎn)臺處于無摩擦懸浮狀態(tài)，消除了外界阻尼對系統(tǒng)的干擾，從而模擬太空中的無阻尼漂浮環(huán)境，有利于得到更為吻合實際情況的實驗數(shù)據(jù)。

4、本發(fā)明的測控裝置使用伺服電機(jī)來驅(qū)動單軸氣浮臺的支持轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，以及使柔性懸臂梁振動，也就是說將電機(jī)驅(qū)動部分整合進(jìn)了整個氣浮臺系統(tǒng)中，相較于直接用外力激勵懸臂梁振動的方法，這種方式能更好地模擬航天器的機(jī)動，及其激起的懸臂梁的振動，有利于實驗數(shù)據(jù)的獲取。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置中單軸氣浮臺與四根懸臂梁的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例1的多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置的主視圖。

圖4為本發(fā)明實施例1的多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置的俯視圖。

其中，1-第一單懸臂梁，2-第二單懸臂梁，3-第一鉸接懸臂梁，4-第二鉸接懸臂梁，5-支架，6-壓電陶瓷傳感器，7-壓電陶瓷驅(qū)動器，8-加速度傳感器，9-單軸氣浮臺，10-伺服電機(jī)，11-伺服電機(jī)支架，12-底座，13-支撐腳，14-橫向支架，15-氣泵，16-氣動三聯(lián)件，17-二位三通閥，18-行星減速器，19-飛輪，20-計算機(jī)，21-運(yùn)動控制卡，22-開關(guān)閥驅(qū)動電路，23-壓電放大電路，24-電荷放大器，25-電機(jī)伺服單元。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1：

如圖1～圖4所示，本實施例提供了一種多柔性懸臂梁耦合振動測控裝置，該裝置包括懸臂梁本體、支持驅(qū)動組件和控制組件，圖1中的虛線連接示出了各個設(shè)備之間的連接關(guān)系，方向箭頭表明了檢測和控制信號流的傳遞方向，實線連接示出了氣壓傳動中的氣路連接。

所述懸臂梁本體包括四根懸臂梁，四根懸臂梁分別為第一單懸臂梁1、第二單懸臂梁2、第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4，所述第一單懸臂梁1和第二單懸臂2梁均由一根柔性梁組成，所述第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4均由內(nèi)、外兩根柔性梁鉸接而成；第一單懸臂梁1、第二單懸臂梁2、第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4的一端通過同一支架5固定，該端為固定端，另一端為自由端；第一單懸臂梁1與第一鉸接懸臂梁3處于同一平面且對立分布在支架5兩側(cè)，第二單懸臂梁2與第二鉸接懸臂梁4處于同一平面且對立分布在支架5兩側(cè)，由此形成了第一單懸臂梁1、第二單懸臂2、第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4以支架5為轉(zhuǎn)軸中心，沿周向呈90度均布的配置；

在本實施例中，第一單懸臂梁1、第二單懸臂梁2、第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4的材料選用環(huán)氧樹脂材料薄板，其中第一單懸臂梁1和第二單懸臂梁2的幾何尺寸為600mm×100mm×5mm，第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4的內(nèi)、外柔性梁幾何尺寸均為300mm×100mm×5mm，環(huán)氧樹脂的彈性模量為E_p＝34.64Gpa，密度為ρ＝1840kg/m³；

所述第一單懸臂梁1和第二單懸臂梁2上，在橫向中心線且距離固定端較近(距離固定端10mm-20mm處)的位置上，前、后兩面各粘貼有一片壓電陶瓷傳感器6，壓電陶瓷傳感器6的姿態(tài)角為0度；在靠近固定端根部(距離固定端10mm-20mm處)的位置上，前、后兩面對稱粘貼有兩片壓電陶瓷驅(qū)動器7，每一面的兩片壓電陶瓷驅(qū)動器7關(guān)于橫向中心線對稱，且姿態(tài)角為0度；在自由端邊緣的橫向中心線上安裝有一個加速度傳感器8；

所述第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4上，在內(nèi)柔性梁的橫向中心線且距離固定端較近(距離固定端10mm-20mm處)的位置上，前、后兩面各粘貼有一片壓電陶瓷傳感器6，在外柔性梁的橫向中心線且靠近鉸鏈(距離鉸鏈10mm-20mm處)的位置上，前、后兩面各粘貼有一片壓電陶瓷傳感器6，壓電陶瓷傳感器6的姿態(tài)角為0度；在靠近固定端根部(距離固定端10mm-20mm處)的位置上，前、后兩面對稱粘貼有兩片壓電陶瓷驅(qū)動器7，每一面的兩片壓電陶瓷驅(qū)動器7關(guān)于橫向中心線對稱，且姿態(tài)角為0度；在自由端邊緣的橫向中心線上安裝有一個加速度傳感器8；

在本實施例中，壓電陶瓷傳感器6和壓電陶瓷驅(qū)動器7由壓電陶瓷材料制成，幾何尺寸為40mm×10mm×1mm，成片狀粘貼在每根懸臂梁上，壓電陶瓷材料的彈性模量為E_p＝63Gpa，d₃₁＝-166pm/V；加速度傳感器8選用Bruel&Kjaer公司的振動傳感器中的4384型壓電式電荷加速計，其標(biāo)稱靈敏度為1.0pc/ms^-2，測量頻率范圍為0.1～12.6kHz，具有高靈敏度、頻帶寬等特點。

所述支持驅(qū)動組件包括單軸氣浮臺9、供氣回路、伺服電機(jī)10和伺服電機(jī)支架11，所述單軸氣浮臺9包括空氣靜壓軸承和支持轉(zhuǎn)臺，第一單懸臂梁1、第二單懸臂梁2、第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4通過支架5安裝在單軸氣浮臺9的支持轉(zhuǎn)臺上；

所述單軸氣浮臺9設(shè)置在一底座12上，該底座12的底部具有四個支撐腳13，每兩個相鄰的支撐腳13之間安裝一橫向支架14，通過四個支撐腳13可以在實驗時對單軸氣浮臺9進(jìn)行支撐，橫向支架14可以使四個支撐腳13更穩(wěn)固；

所述供氣回路用于向單軸氣浮臺9供氣，其由氣泵15、氣動三聯(lián)件16和二位三通閥17組成，所述氣動三聯(lián)件16分別與氣泵15和二位三通閥17連接，所述二位三通閥17與單軸氣浮臺9連接；

供氣回路向單軸氣浮臺9供應(yīng)加壓氣體，再經(jīng)由單軸氣浮臺9向空氣靜壓軸承表面噴射加壓氣體，在空氣靜壓軸承和支持轉(zhuǎn)臺之間形成一層很薄的壓力氣膜，使支持轉(zhuǎn)臺主軸懸浮在空氣靜壓軸承的軸承套中，從而讓支持轉(zhuǎn)臺處于無摩擦懸浮狀態(tài)，即模擬太空中的無阻尼漂浮環(huán)境；

在本實施例中，氣泵15可以為選用由上海捷豹壓縮機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的型號為FB-0.017/7的靜音空氣壓縮機(jī)；所述氣動三聯(lián)件16由空氣過濾器(型號為AF30-03)、減壓閥(型號為AR25-03)和油霧分離器(型號為AFM30-03)組裝在一起，并帶有一個壓力表(型號：G36-10-01)，由日本SMC氣動公司生產(chǎn)；二位三通閥17可以選用型號為VPA342-01A-F的三通氣控閥，由日本SMC氣動公司生產(chǎn)；單軸氣浮臺9可以選用北京航星聯(lián)合科技有限公司生產(chǎn)的型號為ZT-AB-D300(-H)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，外形為320mm×320mm×116mm，最大軸端徑向承載為550N，最大軸向承載為1000N；底座12可以由型材500組裝而成；

所述伺服電機(jī)支架11上設(shè)有行星減速器18和飛輪19，所述伺服電機(jī)支架11與單軸氣浮臺9的支持轉(zhuǎn)臺固定連接，從圖1～圖4中可以看到伺服電機(jī)支架11與支持轉(zhuǎn)臺的連接位置分別在第一單懸臂梁1和第二單懸臂梁2之間的區(qū)域、第二單懸臂梁2和第一鉸接懸臂梁3之間的區(qū)域、第一鉸接懸臂梁3和第二鉸接懸臂梁4之間的區(qū)域、第二鉸接懸臂梁4和第一單懸臂梁1之間的區(qū)域，以避免伺服電機(jī)支架11與懸臂梁相接觸，導(dǎo)致裝置不能正常工作；所述伺服電機(jī)10帶有光電編碼器，通過行星減速器18的法蘭盤與伺服電機(jī)支架11固定連接，且伺服電機(jī)10的輸出軸與單軸氣浮臺9的支持轉(zhuǎn)臺主軸同軸，所述飛輪19與行星減速器18的法蘭盤固定連接，伺服電機(jī)10經(jīng)由行星減速器18適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速后帶動飛輪19旋轉(zhuǎn)，由于動量矩守恒，形成的反作用力矩將驅(qū)動單軸氣浮臺9的支持轉(zhuǎn)臺往反方向旋轉(zhuǎn)，從而模擬航天器的機(jī)動，并激勵四根懸臂梁的耦合振動；

在本實施例中，伺服電機(jī)10可以選用由安川伺服電機(jī)株式會社生產(chǎn)的型號為SGM7A-40A7A61型伺服電機(jī)，額定電壓為交流220V，輸出功率為4.0kW；飛輪19可以為45號碳鋼制造，半徑為90mm，轉(zhuǎn)動慣量約為0.005kg*m²；行星減速器18可以選用紐卡特行星減速器，該紐卡特行星減速器的型號為PLE90-20，減速比為1:20。

所述控制組件包括計算機(jī)20、運(yùn)動控制卡21、開關(guān)閥驅(qū)動電路22、壓電放大電路23、電荷放大器24和電機(jī)伺服單元25，所述計算機(jī)20通過運(yùn)動控制卡21分別與開關(guān)閥驅(qū)動電路22、壓電放大電路23、電荷放大器24和電機(jī)伺服單元25連接，其中，可以選擇運(yùn)動控制卡21的一個通道作為電機(jī)控制通道，將伺服電機(jī)10設(shè)置好速度控制或位置控制的方式后正確連接到運(yùn)動控制卡21；所述開關(guān)閥驅(qū)動電路22與二位三通閥17連接，所述壓電放大電路23與壓電陶瓷驅(qū)動器7連接，所述電荷放大器24分別與壓電陶瓷傳感器6、加速度傳感器8連接，所述電機(jī)伺服單元25與伺服電機(jī)10連接；

整個控制組件的控制包括電磁閥控制、電機(jī)控制和振動控制，具體如下：

電磁閥控制：計算機(jī)20根據(jù)需要發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)控制信號，通過運(yùn)動控制卡21內(nèi)部的I/O模塊向開關(guān)閥驅(qū)動電路22輸入控制信號，開關(guān)閥驅(qū)動電路22驅(qū)動二位三通閥17的工位切換，從而控制供氣回路的開關(guān)，使單軸氣浮臺9的支持轉(zhuǎn)臺浮起；

電機(jī)控制：伺服電機(jī)10的光電編碼器將伺服電機(jī)10的轉(zhuǎn)動信息反饋給電機(jī)伺服單元25，電機(jī)伺服單元25通過運(yùn)動控制卡21傳輸給計算機(jī)20，計算機(jī)20根據(jù)反饋信息發(fā)出相應(yīng)控制參數(shù)，通過運(yùn)動控制卡21傳輸給電機(jī)伺服單元25，電機(jī)伺服單元25驅(qū)動伺服電機(jī)10轉(zhuǎn)動，從而帶動單軸氣浮臺9的支持轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，這樣四根懸臂梁就可以在水平面旋轉(zhuǎn)；由于四根周向布置的懸臂梁的結(jié)構(gòu)尺寸不同，所以當(dāng)單軸氣浮臺9的支持轉(zhuǎn)臺浮起時，四根懸臂梁和支架5之間是耦合振動，體現(xiàn)的振動特性為低階且模態(tài)密集的振動特性，伺服電機(jī)10通過行星減速器18驅(qū)動飛輪19轉(zhuǎn)動，控制支持轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，并帶動四根懸臂梁在平面旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動過程會激勵懸臂梁的耦合振動，同時通過對單懸臂梁和鉸接懸臂梁這兩種結(jié)構(gòu)特性略有不同的懸臂梁的振動實驗結(jié)果進(jìn)行分析和對比，以及對兩者耦合振動模態(tài)的觀察和檢測；

振動控制：壓電陶瓷傳感器6和加速度傳感器8檢測所在懸臂梁的彎曲振動，將檢測到的振動信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號輸出，經(jīng)過電荷放大器24放大后，通過運(yùn)動控制卡21內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到計算機(jī)20中，計算機(jī)20處理后將控制信號經(jīng)由運(yùn)動控制卡21內(nèi)部的D/A輸出模塊輸出，經(jīng)過壓電放大電路23放大信號，輸出到壓電陶瓷驅(qū)動器7中進(jìn)行響應(yīng)，以抑制懸臂梁的彎曲振動。

在本實施例中，計算機(jī)20可以選用CPU型號為core76650U2.2GHz，內(nèi)存4G，主板中有PCI-e插槽，可以安裝運(yùn)動控制卡21；運(yùn)動控制卡21可以選用美國GALIL公司生產(chǎn)的DMC-2x00數(shù)字運(yùn)動控制器，提供標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線接口；開關(guān)閥驅(qū)動電路22可以參見中國專利號為200810198032.1、名稱為“柱塞式雙出桿氣液缸與氣液聯(lián)控位置和速度伺服控制裝置”的發(fā)明專利，在該專利文獻(xiàn)中對開關(guān)閥驅(qū)動電路22進(jìn)行了說明；壓電放大電路23可以選用型號為APEX-PA241DW或APEX-PA240CX的壓電放大器等零件組成，其研制單位為華南理工大學(xué)，在發(fā)明專利申請?zhí)枮?00810027186.4、名稱為“太空帆板彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動模擬主動控制裝置與方法”的發(fā)明專利申請中有詳細(xì)介紹，其放大倍數(shù)可達(dá)到52倍，即將-5V～+5V放大到-260～+260V；電荷放大器24選用江蘇聯(lián)能電子有限公司的YE5850型電荷放大器；電機(jī)伺服單元25可以選用Σ-II系列型號為SGDM-04ADAR的伺服單元。

本實施例還提供了一種多柔性懸臂梁耦合振動測控方法，該方法基于上述裝置實現(xiàn)，包括以下步驟：

步驟一、壓電陶瓷傳感器6和加速度傳感器8檢測所在懸臂梁的彎曲振動，將檢測到的振動信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號輸出；

步驟二、采集到的模擬電信號經(jīng)過電荷放大器24放大，通過運(yùn)動控制卡21內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到計算機(jī)20中，計算機(jī)20運(yùn)行相應(yīng)的主動控制算法(該控制算法為現(xiàn)有技術(shù))對數(shù)字信號進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的彎曲振動反饋信號；

步驟三、所得到的彎曲振動反饋信號經(jīng)由運(yùn)動控制卡21內(nèi)部的D/A輸出模塊輸出，經(jīng)過壓電放大電路23放大信號，輸出到壓電陶瓷驅(qū)動器7中進(jìn)行響應(yīng)，以抑制懸臂梁的彎曲振動；

步驟四、通過控制伺服電機(jī)10的正反轉(zhuǎn)以重復(fù)上述步驟進(jìn)行實驗，獲取多次實驗的結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明的測控裝置基于單軸氣浮臺搭建，其結(jié)構(gòu)簡單，便于進(jìn)行搭建和實施實驗，通過巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，將總計四根柔性懸臂梁合理地實現(xiàn)了以支架為轉(zhuǎn)軸中心的沿周向呈90度均布的配置，且不與伺服電機(jī)支架發(fā)生干涉，有利于消除偏心對振動過程和測量結(jié)果的影響，提高實驗的精度，并且每根懸臂梁上設(shè)有壓電陶瓷傳感器、壓電陶瓷驅(qū)動器和加速度傳感器，使用壓電陶瓷傳感器和加速度傳感器相結(jié)合的測量方法對柔性懸臂梁的彎曲振動模態(tài)進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測信號對壓電陶瓷驅(qū)動器進(jìn)行響應(yīng)，以實現(xiàn)對懸臂梁結(jié)構(gòu)的彎曲振動主動抑制的目的；同時，使用了單懸臂梁和鉸接懸臂梁整合配置的方法，通過對兩種結(jié)構(gòu)特性略有不同的懸臂梁的振動實驗結(jié)果進(jìn)行分析和對比，以及對兩者耦合振動模態(tài)的觀察和檢測，可以更好地分析鉸接對懸臂梁結(jié)構(gòu)特性的影響。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。