本實(shí)用新型涉及懸臂板結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)與控制領(lǐng)域,具體涉及一種平面運(yùn)動(dòng)氣浮工作臺(tái)上多柔性板結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)控裝置。
背景技術(shù):
近年來(lái)隨著航天事業(yè)的飛速發(fā)展,航天器結(jié)構(gòu)逐漸趨于大型化、低剛度和柔性化。為降低發(fā)射成本,提高運(yùn)載效率,太陽(yáng)能帆板結(jié)構(gòu)通常采用輕質(zhì)柔性材料制造以降低結(jié)構(gòu)重量。另外隨著航天器功能的多樣化,其主體結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜和龐大,對(duì)能量的需求也越來(lái)越高,太陽(yáng)能帆板的面積也就越來(lái)越大。這種巨大而單薄的柔性結(jié)構(gòu),其模態(tài)阻尼很小,振動(dòng)的低階模態(tài)頻率很低,加之處于太空的無(wú)外阻失重環(huán)境中運(yùn)行,當(dāng)受到宇宙風(fēng)、微粒子流等外部擾動(dòng)或者航天器變軌、帆板伸縮等自身激勵(lì)時(shí),容易產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的低頻大幅值振動(dòng),給航天器的在軌運(yùn)行帶來(lái)諸多問(wèn)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(yáng)能帆板結(jié)構(gòu)的破壞,使航天器失效等等。為了保證航天器的正常工作,有必要對(duì)其低頻模態(tài)振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè),分析振動(dòng)特性并且加以控制。
當(dāng)前對(duì)太陽(yáng)能帆板結(jié)構(gòu)的彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng)控制的研究,通常將帆板簡(jiǎn)化成懸臂板結(jié)構(gòu),忽略連接鉸鏈對(duì)剛度的影響。采用加速度傳感器、壓電陶瓷片等接觸式測(cè)量傳感器,通過(guò)優(yōu)化配置來(lái)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)。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(dòng)阻尼,增強(qiáng)魯棒性并抑制撓性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。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(diǎn),可以利用其優(yōu)良的機(jī)電耦合效應(yīng)作為傳感器對(duì)懸臂板的彎曲振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量,另外其質(zhì)量和體積都很小,可以有效減少對(duì)懸臂板結(jié)構(gòu)特性的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足,本實(shí)用新型提供一種平面運(yùn)動(dòng)氣浮工作臺(tái)上多柔性板結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)控裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性懸臂板的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)和控制。該實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提供利用上述擬航天衛(wèi)星裝置的彎曲和扭轉(zhuǎn)低頻振動(dòng)的檢測(cè)控制方法,為研究太陽(yáng)能帆板結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量和控制提供平臺(tái)。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
一種平面運(yùn)動(dòng)氣浮工作臺(tái)上多柔性板結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)控裝置,包括機(jī)械本體部分、檢測(cè)部分及控制部分;
所述機(jī)械本體部分,包括底座,所述底座中央設(shè)置中心圓筒,中心圓筒的一側(cè)設(shè)置單懸臂板,另一側(cè)設(shè)置鉸接懸臂板,所述單懸臂板由單塊柔性板構(gòu)成,所述鉸接懸臂板由兩塊鉸接的柔性板構(gòu)成,所述單懸臂板及鉸接懸臂板對(duì)稱設(shè)置在中心圓筒的兩側(cè),所述底座與中心圓筒之間設(shè)置氣浮墊;
所述檢測(cè)部分包括第一、第二壓電陶瓷傳感器及加速度傳感器,所述第二壓電陶瓷傳感器粘貼在單懸臂板及鉸接懸臂板的寬度方向的中線上,且靠近中心圓筒一端,所述第一壓電陶瓷傳感器粘貼在單懸臂板及鉸接懸臂板的寬度方向的中線上,所述單懸臂板及鉸接懸臂板遠(yuǎn)離中心圓筒一端的中間及上下邊緣分別設(shè)置加速度傳感器,所述第一壓電陶瓷傳感器、第二壓電陶瓷傳感器及加速度傳感器檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器放大后輸入到運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)一步輸入到計(jì)算機(jī)中;
所述控制部分,包括用于驅(qū)動(dòng)氣浮墊的氣動(dòng)控制系統(tǒng)、用于驅(qū)動(dòng)中心圓筒運(yùn)動(dòng)的電機(jī)控制系統(tǒng)及用于抑制懸臂板振動(dòng)的振動(dòng)控制系統(tǒng)。
所述用于驅(qū)動(dòng)氣浮墊的氣動(dòng)控制系統(tǒng)包括氣泵、氣動(dòng)三聯(lián)件、二位三通閥及開(kāi)關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路,計(jì)算機(jī)將控制信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡輸入開(kāi)關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)由氣泵、氣動(dòng)三聯(lián)件及二位三通閥構(gòu)成的氣動(dòng)回路向氣浮墊提供加壓氣體;
所述振動(dòng)控制系統(tǒng),包括壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器,所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器對(duì)稱設(shè)置在單懸臂板及鉸接懸臂板寬度方向的中線兩側(cè),且靠近中心圓筒一端,計(jì)算機(jī)將控制信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡輸出到壓電放大電路驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器抑制懸臂板振動(dòng);
所述驅(qū)動(dòng)中心圓筒運(yùn)動(dòng)的電機(jī)控制系統(tǒng)包括直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),所述直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置于中心圓筒。
所述中心圓筒包括型材支架、隔板及封皮,所述隔板分為頂層隔板、中間隔板及底層隔板,所述中心圓筒由八根支架拼成正八邊形,所述中心圓筒分為上下兩層,所述封皮覆蓋在中心圓筒外側(cè)。
所述直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體位于中心圓筒的下層包括第二伺服電機(jī)、兩個(gè)雙導(dǎo)軌滑臺(tái)及質(zhì)量塊,所述兩個(gè)雙導(dǎo)軌滑臺(tái)呈十字狀垂直交叉疊放,位于下方的稱為下方雙導(dǎo)軌滑臺(tái),位于上方的稱為上方雙導(dǎo)軌滑臺(tái),所述上方雙導(dǎo)軌滑臺(tái)固連質(zhì)量塊,所述第二伺服電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與上下雙導(dǎo)軌滑臺(tái)的絲杠連接。
所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體位于中心圓筒的上層,包括電機(jī)支架、飛輪和第一伺服電機(jī),所述電機(jī)支架固定在飛輪上,所述電機(jī)支架固定第一伺服電機(jī),所述飛輪固定在中層隔板,所述飛輪連接第一伺服電機(jī)的輸出軸。
所述第一壓電陶瓷傳感器共有12片,具體粘貼在距離靠近中心圓筒一端的50mm處,正反兩面粘貼,每面3片平行配置,正反兩面粘貼姿態(tài)角分別為45度及135度;
所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器共有24片,單懸臂板及鉸接懸臂板各粘貼12片,正反兩面對(duì)稱粘貼,姿態(tài)角為0度;
其中八片壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器對(duì)稱粘貼在懸臂板靠近中心圓筒的一端,且關(guān)于寬度方向中線對(duì)稱,每面四片;
另外四片壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器對(duì)稱粘貼在距離懸臂板靠近中心圓筒一端50mm處,且關(guān)于寬度方向中線對(duì)稱,正反兩面粘貼。
所述氣浮墊具體為8個(gè),分別設(shè)置在中心圓筒的型材支架底端與底座之間。
所述底座四周設(shè)有擋邊。
所述中心圓筒還包括兩個(gè)夾板,所述兩個(gè)夾板對(duì)稱設(shè)置在中心圓筒的兩側(cè)用于夾持懸臂板。
一種平面運(yùn)動(dòng)氣浮工作臺(tái)上多柔性板結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)控裝置進(jìn)行多柔性板測(cè)控的方法,包括如下:
計(jì)算機(jī)根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)采用用于驅(qū)動(dòng)氣浮墊的氣動(dòng)控制系統(tǒng)控制中心圓筒是否起浮,如果起浮,則計(jì)算機(jī)將控制信號(hào)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡的D/A輸出到第一及第二伺服電機(jī),電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng),調(diào)整中心圓筒的位置,激發(fā)懸臂板的振動(dòng);
利用第一壓電陶瓷傳感器、第二壓電陶瓷傳感器及加速度傳感器檢測(cè)柔性懸臂板的彎曲扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng)得到相應(yīng)電信號(hào)輸出到電荷放大器進(jìn)行放大傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)控制卡中,輸入到計(jì)算機(jī)中得到相應(yīng)的彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)反饋信號(hào);
將上一步驟得到的反饋信號(hào)經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制卡的D/A輸出模塊輸出,經(jīng)過(guò)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),抑制懸臂板的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
本實(shí)用新型的有益效果:
(1)本實(shí)用新型在外形結(jié)構(gòu)上大致還原了航天衛(wèi)星的實(shí)際結(jié)構(gòu),并且將主要的實(shí)驗(yàn)裝置整合一體化,可以較好地模擬航天衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)作情況,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。
(2)本實(shí)用新型使用了單懸臂板和鉸接懸臂板整合配置的方法,通過(guò)對(duì)兩種結(jié)構(gòu)特性略有差異的懸臂板的耦合振動(dòng)模態(tài)的觀察和檢測(cè),以及對(duì)兩者振動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和對(duì)比,可以更好地分析鉸接對(duì)懸臂板結(jié)構(gòu)特性的影響。
(3)本實(shí)用新型利用氣浮墊噴射加壓氣體形成的氣膜支撐實(shí)驗(yàn)平臺(tái),避免了其與工作臺(tái)的直接接觸,使得系統(tǒng)處于無(wú)摩擦的懸浮狀態(tài),極大程度的減少了外界對(duì)系統(tǒng)的干擾,從而較好地模擬出太空中的無(wú)阻尼漂浮環(huán)境,有利于得到更為吻合實(shí)際情況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
(4)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一套用于直線驅(qū)動(dòng)的在水平方向上呈十字垂直分布的雙導(dǎo)軌滑臺(tái)機(jī)構(gòu)和用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)飛輪機(jī)構(gòu),并且將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置在中心圓筒中,相較于外界激勵(lì)使懸臂板振動(dòng)的方法,能更好地模擬航天器的機(jī)動(dòng),便于獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);
(5)本實(shí)用新型使用壓電陶瓷片檢測(cè)和加速度傳感器檢測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)柔性懸臂板的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行檢測(cè),通過(guò)多傳感器信息融合對(duì)懸臂板結(jié)構(gòu)的彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng)進(jìn)行辨識(shí)研究。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型中心圓筒的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本實(shí)用新型的第一、第二壓電陶瓷傳感器及加速度傳感器的分布示意圖;
圖4是本實(shí)用新型的直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖,對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例
圖1-圖4所示,一種平面運(yùn)動(dòng)氣浮工作臺(tái)上多柔性板結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)控裝置,包括機(jī)械本體部分、檢測(cè)驅(qū)動(dòng)部分及控制部分。
所述機(jī)械本體部分,包括底座1,所述底座由型材和角件拼接而成的支架,型材橫縱方向各三排組成田字型,上表面有短型材均布在田字格內(nèi)作為橫板提高強(qiáng)度和平整度;由調(diào)節(jié)腳和端面連接板組成的連接板調(diào)節(jié)腳,總計(jì)八個(gè)作為底座的支腳,多塊平整的大理石板平放在支架上表面,大理石板之間縫隙要通過(guò)密封材料密封,構(gòu)成底座,其四周有一圈擋邊限制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的位置。
所述底座中央設(shè)置中心圓筒,所述中心圓筒的一側(cè)設(shè)置單懸臂板9,另一側(cè)設(shè)置鉸接懸臂板2,所述單懸臂板9及鉸接懸臂板2對(duì)稱設(shè)置在中心圓筒7的兩側(cè),所述底座1與中心圓筒7之間設(shè)置氣浮墊8。
所述單懸臂板9由單塊柔性板構(gòu)成,所述鉸接懸臂板2由兩塊鉸接的柔性板構(gòu)成,都以中空的三腳架夾持一端,兩個(gè)懸臂板通過(guò)夾鐵與中心圓筒的夾板以螺栓連接,共面且對(duì)稱分布在中心圓筒的兩側(cè)。
所述中心圓筒7由型材支架、隔板11及封皮10等構(gòu)成,所述氣浮墊8均布在型材支架的底端,型材支架共有八根作為主體的骨架構(gòu)成正八邊形,所述隔板11分為底層、中層及頂層隔板,其形狀均為正八邊形,平方并固連在型材支架上,中心圓筒7分為上下兩層,出于美觀,封皮覆蓋在隔板的每一條邊外側(cè),共計(jì)八塊構(gòu)成中心圓筒的側(cè)面,用于夾接懸臂板的夾板用螺栓固定在支架的豎直型材上,作為柔性懸臂板的夾持基準(zhǔn),共兩塊。
所述檢測(cè)部分,包括第一、第二壓電陶瓷傳感器4、5及加速度傳感器3,所述第一壓電陶瓷傳感器4粘貼在單懸臂板及鉸接懸臂板的寬度方向的中線上,且距離固定端50mm處,兩面粘貼,每面三片隔一定距離平行設(shè)置,正反兩面姿態(tài)角45度及135度反對(duì)稱粘貼,第一壓電陶瓷傳感器一共12片。
第二壓電陶瓷傳感器5粘貼在單懸臂板及鉸接懸臂板的寬度方向的中線上,且靠近中心圓筒,正反兩面姿態(tài)角為0度對(duì)稱粘貼,每個(gè)懸臂板粘貼兩片,一共四片。
加速度傳感器3一共為六個(gè),每個(gè)懸臂板三個(gè),分別粘貼在每塊懸臂板自由端中間和上下邊緣各一個(gè)。
所述第一壓電陶瓷傳感器4、第二壓電陶瓷傳感器5及加速度傳感器3柔性懸臂板的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài),通過(guò)自身的傳感特性將檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出,經(jīng)過(guò)電荷放大器24放大后輸入到運(yùn)動(dòng)控制卡23進(jìn)一步輸入到計(jì)算機(jī)25中。
所述控制部分,包括用于驅(qū)動(dòng)氣浮墊的氣動(dòng)控制系統(tǒng)、用于驅(qū)動(dòng)中心圓筒運(yùn)動(dòng)的電機(jī)控制系統(tǒng)及用于抑制懸臂板振動(dòng)的振動(dòng)控制系統(tǒng)。
所述用于驅(qū)動(dòng)氣浮墊的氣動(dòng)控制系統(tǒng),包括氣泵19、氣動(dòng)三聯(lián)件20、二位三通閥21及開(kāi)關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路23,所述二位三通閥與氣浮墊連接,開(kāi)關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路22與運(yùn)動(dòng)控制卡連接,氣泵19、氣動(dòng)三聯(lián)件20和二位三通閥21構(gòu)成向氣浮墊供氣的氣動(dòng)回路。氣動(dòng)回路提供的加壓氣體通過(guò)氣浮墊內(nèi)部通路在氣浮墊底部和大理石表面之間形成一層很薄的壓力氣膜,使中心圓筒懸浮在底座上,使實(shí)驗(yàn)平臺(tái)處于無(wú)阻尼懸浮狀態(tài),模擬太空中的無(wú)阻尼漂浮環(huán)境,所述計(jì)算機(jī)的到控制信息輸出到運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)一步通過(guò)開(kāi)關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)回路。
氣泵19選用由上海捷豹壓縮機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為FB-0.017/7的靜音空氣壓縮機(jī);氣動(dòng)三聯(lián)件20由空氣過(guò)濾器(型號(hào):AF30-03)、減壓閥(型號(hào):AR25-03)和油霧分離器(型號(hào):AFM30-03)組裝在一起,并帶有壓力表(型號(hào):G36-10-01)一個(gè),由日本SMC氣動(dòng)公司生產(chǎn);二位三通閥21選用型號(hào)為VPA342-01A-F的三通氣控閥,由日本SMC氣動(dòng)公司生產(chǎn);氣浮墊8選用AeroLas公司生產(chǎn)的型號(hào)為AL-100-HD+G的氣浮墊,工作面直徑為100mm,推薦最大負(fù)載為2400N,8個(gè)氣浮墊最大負(fù)載即為2400N×8=19200N,足以承載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的質(zhì)量。
所述驅(qū)動(dòng)中心圓筒運(yùn)動(dòng)的電機(jī)控制系統(tǒng)包括直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),所述直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)置于中心圓筒。
所述直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位于中心圓筒的下層,包括第二伺服電機(jī)15、兩個(gè)雙導(dǎo)軌滑臺(tái)16及質(zhì)量塊17,第二伺服電機(jī)和雙導(dǎo)軌滑臺(tái)的絲杠通過(guò)聯(lián)軸器連接,構(gòu)成一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元,兩個(gè)雙導(dǎo)軌滑臺(tái)呈十字狀上下交叉疊放,位于下方的稱為下方雙導(dǎo)軌滑臺(tái),位于上方的稱為上方雙導(dǎo)軌滑臺(tái),將上方雙導(dǎo)軌滑臺(tái)的底座栓接在下方雙導(dǎo)軌滑臺(tái)的滑臺(tái)上,質(zhì)量塊17以螺栓固定在上方雙導(dǎo)軌滑臺(tái)的滑臺(tái)上,當(dāng)?shù)诙欧姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),絲杠隨之旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)滑臺(tái)以及滑臺(tái)上的質(zhì)量塊17(和上方雙導(dǎo)軌滑臺(tái))做直線運(yùn)動(dòng),由動(dòng)量定理可知,產(chǎn)生的反作用力將反向驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的平動(dòng),進(jìn)而激發(fā)懸臂板的振動(dòng);兩個(gè)垂直分布的雙導(dǎo)軌滑臺(tái)16可以分別控制兩個(gè)垂直方向的平動(dòng),以模擬航天衛(wèi)星的平動(dòng),激發(fā)懸臂梁的振動(dòng)。第二伺服電機(jī)15選用安川伺服電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的型號(hào)為SGMGV–1AADA61型伺服電機(jī),額定電壓為AC200V,輸出功率為11kW;雙導(dǎo)軌滑臺(tái)選用米思米公司生產(chǎn)的型號(hào)為SA25S2SSFC+R[1000/1]NII的重負(fù)載型直線導(dǎo)軌,軌道長(zhǎng)1000mm,基本額定動(dòng)載荷為28100N;質(zhì)量塊17使用鑄鐵制造,幾何尺寸為250mm×230mm×160mm,質(zhì)量約為64kg。
所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體位于中心圓筒的上層,包括電機(jī)支架12、飛輪13和第一伺服電機(jī)14,第一伺服電機(jī)固連在電機(jī)支架上,所述飛輪通過(guò)平鍵和定位銷固定在電機(jī)輸出軸上,所述電機(jī)支架12以螺栓固定在中層隔板上,使整體安放在主體的上層。當(dāng)?shù)谝凰欧姍C(jī)14帶動(dòng)飛輪13旋轉(zhuǎn)時(shí),由動(dòng)量矩定理可知,產(chǎn)生的反作用力矩將反向驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn),進(jìn)而激發(fā)懸臂板的振動(dòng)。電機(jī)支架12由球墨鑄鐵制造,呈十字狀;飛輪13由45#鋼制造,半徑為300mm且從里向外厚度逐漸增大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約為4kg*m2;第一伺服電機(jī)14選用安川伺服電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的型號(hào)為SGM7A-80A7A61型伺服電機(jī),額定電壓為AC220V,輸出功率為8.0kW。
所述振動(dòng)控制系統(tǒng),包括壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器6共24片,單懸臂板及鉸接懸臂板各粘貼12片,正反面對(duì)稱粘貼,姿態(tài)角0度,其中八片粘貼在懸臂板寬度方向的中線的兩側(cè),且靠近中心圓筒一側(cè),另外四片粘貼在距離中心圓筒50mm處,且位于該懸臂板寬度方向的中線的兩側(cè),計(jì)算機(jī)25得到相應(yīng)的彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡23的D/A輸出模塊輸出,經(jīng)過(guò)壓電放大電路26放大信號(hào),輸出到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器6中進(jìn)行響應(yīng),抑制懸臂板的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
一種平面運(yùn)動(dòng)氣浮工作臺(tái)上多柔性板結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)控方法,包括如下:
計(jì)算機(jī)根據(jù)用戶設(shè)定的工作參數(shù)要求,通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng)電機(jī)伺服單元27驅(qū)動(dòng)第一及第二伺服電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)中心圓筒運(yùn)動(dòng),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鉸接懸臂板及單懸臂板的振動(dòng);
第一、第二壓電陶瓷傳感器及加速度傳感器檢測(cè)懸臂板的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài),并將檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出,經(jīng)過(guò)電荷放大器24放大以后,通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡23內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)25中;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;運(yùn)動(dòng)控制卡23選用美國(guó)GALIL公司生產(chǎn)的DMC-2x00數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制器,提供標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線接口;計(jì)算機(jī)25選用的CPU型號(hào)為core76650U2.2GHz,內(nèi)存4G,主板中有PCI-e插槽,可以安裝運(yùn)動(dòng)控制卡23。
計(jì)算機(jī)通過(guò)該電信號(hào)得到相應(yīng)的彎曲扭轉(zhuǎn)振動(dòng)反饋信號(hào)經(jīng)由運(yùn)動(dòng)控制卡的D/A輸出模塊輸出,經(jīng)過(guò)壓電放大電路26放大信號(hào),輸出到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器6中進(jìn)行響應(yīng),抑制懸臂板的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
加速度傳感器位于中間位置的可以檢測(cè)懸臂板的彎曲振動(dòng)信息,上下邊緣的可以通過(guò)解耦運(yùn)算同時(shí)得到懸臂板的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信息,上下邊緣加速度傳感器兩者檢測(cè)到的位移信號(hào)相加,即為彎曲振動(dòng)的位移信號(hào)ww:ww=w1(x1,y1,t)+w2(x2,y2,t);兩者檢測(cè)到的位移信號(hào)相減,即為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的位移信號(hào)wn:wn=w1(x1,y1,t)-w2(x2,y2,t)。以上位移的配置方法可以實(shí)現(xiàn)懸臂板的彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)在檢測(cè)上的解耦。
圖1的虛線指示了各個(gè)設(shè)備之間的連線關(guān)系,方向箭頭表明了檢測(cè)和控制信號(hào)流的傳遞方向。
中心圓筒7主要模仿航天衛(wèi)星的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),內(nèi)部空間用于放置驅(qū)動(dòng)相關(guān)設(shè)備,中心圓筒7的支架用鋁合金型材搭建,橫截面尺寸為40mm×40mm;隔板11用45#鋼制造,為正八邊形,內(nèi)切圓直徑約為1414mm,搭放在型材支架上,其中底層隔板厚度為20mm,中層和頂層隔板的厚度為10mm、且開(kāi)有方孔和圓孔以便于連接線的布置;封皮10使用人造皮革制作,覆蓋在主體外側(cè);夾板18用合金鋼制造,栓接固定在型材上,作為懸臂板的夾持基準(zhǔn)。
第二伺服電機(jī)15選用安川伺服電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的型號(hào)為SGMGV–1AADA61型伺服電機(jī),額定電壓為AC200V,輸出功率為11kW;雙導(dǎo)軌滑臺(tái)16選用米思米公司生產(chǎn)的型號(hào)為MSA25S2SSFC+R[1000/1]NII的重負(fù)載型直線導(dǎo)軌,軌道長(zhǎng)1000mm,基本額定動(dòng)載荷為28100N;質(zhì)量塊17使用鑄鐵制造,幾何尺寸為250mm×230mm×160mm,質(zhì)量約為64kg。
電機(jī)支架12由球墨鑄鐵制造,呈十字狀;飛輪13由45#鋼制造,半徑為300mm且從里向外厚度逐漸增大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約為4kg*m2;第一伺服電機(jī)14選用安川伺服電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的型號(hào)為SGM7A-80A7A61型伺服電機(jī),額定電壓為AC220V,輸出功率為8.0kW。
柔性懸臂板的材料選用環(huán)氧樹(shù)脂材料薄板,其彈性模量為Ep=34.64Gpa,密度為ρ=1840kg/m3;其中單懸臂板9的幾何尺寸可選1075mm×500mm×2mm,鉸接懸臂板2內(nèi)板的幾何尺寸可選570mm×500mm×2mm,外板的幾何尺寸可選500mm×500mm×2mm,內(nèi)外板以鉸鏈鉸接;外板凸緣和夾鐵以螺栓連接,且做成中空環(huán)狀以減小質(zhì)量。
第一壓電陶瓷傳感器4、第二壓電陶瓷傳感器5和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器6為壓電陶瓷材料制成,幾何尺寸為50mm×15mm×1mm,壓電陶瓷材料的彈性模量為Ep=63Gpa,d31=-166pm/V。如圖3所示,第一壓電陶瓷傳感器4在懸臂板的縱向中心線上前后兩面姿態(tài)角為45°對(duì)稱粘貼,用以檢測(cè)懸臂板的扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng);第二壓電陶瓷傳感器5在懸臂板靠近根部的中間位置前后兩面姿態(tài)角為0°對(duì)稱粘貼,用以檢測(cè)懸臂板的彎曲模態(tài)振動(dòng);壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器6在懸臂板根部和上下邊緣前后兩面姿態(tài)角為0°對(duì)稱粘貼,用以抑制懸臂板的振動(dòng)。另外加速度傳感器3固定在懸臂板自由端處,選用Bruel&Kjaer公司的振動(dòng)傳感器中的4384型壓電式電荷加速計(jì),其標(biāo)稱靈敏度為1.0pc/ms-2,測(cè)量頻率范圍為0.1~12.6kHz。
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;運(yùn)動(dòng)控制卡23選用美國(guó)GALIL公司生產(chǎn)的DMC-2x00數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制器,提供標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線接口;計(jì)算機(jī)25選用的CPU型號(hào)為core76650U2.2GHz,內(nèi)存4G,主板中有PCI-e插槽,可以安裝運(yùn)動(dòng)控制卡23。
本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)和運(yùn)作環(huán)境兩方面對(duì)航天衛(wèi)星進(jìn)行仿真,考慮使用中心圓筒兩側(cè)固連懸臂板的結(jié)構(gòu)以模擬航天衛(wèi)星的結(jié)構(gòu),使用氣浮墊噴氣支撐實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以模擬外太空的無(wú)阻尼懸浮環(huán)境。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置可以內(nèi)置于中心圓筒中,包括用于直線驅(qū)動(dòng)的雙導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)和用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)飛輪機(jī)構(gòu),利用反作用力和力矩進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這樣將實(shí)驗(yàn)裝置整合為一個(gè)整體,并且置于一種無(wú)摩擦的環(huán)境中,可以有效避免外界的干擾,提高實(shí)驗(yàn)精度。本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于氣浮工作臺(tái)搭建,并且使用壓電陶瓷片和加速度傳感器相結(jié)合的測(cè)量方法對(duì)柔性懸臂板的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行檢測(cè),再結(jié)合主動(dòng)控制算法,以實(shí)現(xiàn)對(duì)懸臂板結(jié)構(gòu)的彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主動(dòng)抑制的目的。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制,其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化,均應(yīng)為等效的置換方式,都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。