1.基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于:包括懸臂梁本體、支持驅(qū)動(dòng)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(dòng)器和加速度傳感器;
所述支持驅(qū)動(dòng)組件包括單軸氣浮臺(tái)、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(tái)的支持轉(zhuǎn)臺(tái)上;所述供氣回路與單軸氣浮臺(tái)連接,用于向單軸氣浮臺(tái)供氣;所述伺服電機(jī)支架與單軸氣浮臺(tái)的支持轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)單軸氣浮臺(tái)的支持轉(zhuǎn)臺(tái)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(dòng)器、加速度傳感器、供氣回路和伺服電機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于: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(duì)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(duì)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于:
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(duì)稱粘貼有兩片壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器,每一面的兩片壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器關(guān)于橫向中心線對(duì)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(gè)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(duì)稱粘貼有兩片壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器,每一面的兩片壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器關(guān)于橫向中心線對(duì)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(gè)加速度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于:所述供氣回路由氣泵、氣動(dòng)三聯(lián)件和二位三通閥組成,所述氣動(dòng)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(tái)連接;所述氣動(dòng)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(gè)壓力表。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于:所述控制組件包括計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路、壓電放大電路、電荷放大器和電機(jī)伺服單元,所述計(jì)算機(jī)通過運(yùn)動(dòng)控制卡分別與開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)算機(jī)根據(jù)需要發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào),通過運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)部的I/O模塊向開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路輸入控制信號(hào),開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(tái)的支持轉(zhuǎn)臺(tái)浮起;
伺服電機(jī)的光電編碼器將伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信息反饋給電機(jī)伺服單元,電機(jī)伺服單元通過運(yùn)動(dòng)控制卡傳輸給計(jì)算機(jī),計(jì)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(dòng)控制卡傳輸給電機(jī)伺服單元,電機(jī)伺服單元驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)單軸氣浮臺(tái)的支持轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn);
壓電陶瓷傳感器和加速度傳感器檢測(cè)所在懸臂梁的彎曲振動(dòng),將檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)輸出,經(jīng)過電荷放大器放大后,通過運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中,計(jì)算機(jī)處理后將控制信號(hào)經(jīng)由運(yùn)動(dòng)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(hào),輸出到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器中進(jìn)行響應(yīng),以抑制懸臂梁的彎曲振動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于: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(tái)的支持轉(zhuǎn)臺(tái)主軸同軸,所述飛輪與行星減速器的法蘭盤固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于:所述單軸氣浮臺(tái)包括空氣靜壓軸承和支持轉(zhuǎn)臺(tái);供氣回路向單軸氣浮臺(tái)供應(yīng)加壓氣體,再經(jīng)由單軸氣浮臺(tái)向空氣靜壓軸承表面噴射加壓氣體,使支持轉(zhuǎn)臺(tái)主軸懸浮在空氣靜壓軸承的軸承套中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于:所述單軸氣浮臺(tái)設(shè)置在一底座上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于單軸氣浮臺(tái)的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控裝置,其特征在于:所述底座的底部具有四個(gè)支撐腳,每?jī)蓚€(gè)相鄰的支撐腳之間安裝一橫向支架。
10.基于權(quán)利要求5所述裝置的多柔性懸臂梁耦合振動(dòng)測(cè)控方法,其特征在于: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(cè)所在懸臂梁的彎曲振動(dòng),將檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)輸出;
步驟二、采集到的模擬電信號(hào)經(jīng)過電荷放大器放大,通過運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中,計(jì)算機(jī)運(yùn)行相應(yīng)的主動(dòng)控制算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,得到相應(yīng)的彎曲振動(dòng)反饋信號(hào);
步驟三、所得到的彎曲振動(dòng)反饋信號(hào)經(jīng)由運(yùn)動(dòng)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(hào),輸出到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器中進(jìn)行響應(yīng),以抑制懸臂梁的彎曲振動(dòng);
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(shí)驗(yàn),獲取多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。