[发明专利]柔性移动结构低频模态的振动测试及控制装置

说明书

技术领域

本发明涉直线移动的挠性结构振动测试及控制，特别是涉及一种模拟大型航天器变轨控制时及空间柔性机器人等挠性附件结构的振动检测及控制装置，具体地说是提供一种针对模拟刚柔耦合柔性结构直线运动的振动控制，应用气动驱动及压电复合控制的平移运动的挠性结构低频模态振动测量及控制的装置。 

背景技术

航天器在变轨控制时，由于发动机驱动引起航天器运动速度变化，由于惯性因素会引起航天器的挠性附件振动。如太阳帆板等挠性附件和空间柔性机器人在变轨时可能会激发振动，振动将会影响航天器的稳定性，或者导致仪器设备的疲劳破坏。因此在太空条件下的大型柔性结构振动的测量与主动控制就成为当今世界普遍关注而富有挑战性的重要课题。 

现有技术中，研究模拟太空帆板等挠性结构振动控制，主要有采用压电片、加速度传感器等进行振动主动控制研究。这些装置要么是悬臂板或梁等固定的装置，要么是模拟航天器调整姿态的旋转运动的气动浮动装置，或者是柔性机器人旋转运动控制的装置，已经针对这些装置的主动控制技术及方法进行的研究。然而，针对移动运动的挠性结构相对较少，并且基本上都是采用电动机滚珠丝杠驱动或者同步带驱动，由于这些驱动都进行减速，反向的驱动能力很差，所以电机驱动器及驱动移动运动的刚体部分和柔性结构部分是相对解耦的，所以在控制起来相对容易。本发明采用无杆气缸直线移动气动驱动，带动智能柔性结构，集成压电材料PZT陶瓷材料作为敏感器和加速度传感器进行低频振动模态的检测和控制。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟刚柔耦合结构振动的基于气动驱动的智能柔性移动结构的低频模态振动检测和控制装置。 

为了达到上述目的，本发明采用如下的方法和技术方案： 

一种柔性移动结构低频模态的振动测试及控制装置，包括智能柔性移动结构、气动元件和电信号连接及驱动控制装置，所述的智能柔性移动结构的无杆气缸的滑块与柔性结构的机械夹持装置固定连接，移动滑块与线性光栅尺的移动滑块通过机械固定连接；在柔性结构的根部粘贴多片压电陶瓷片分别作为压电片传感器和压电驱动器，压电驱动器由4片压电片在柔性结构的双面对称粘贴，每面2片，并联连接，分别位于固定端纵向中线上下侧；压电片传感器为1片，位于柔性结构固定端的纵向中线，在柔性结构的自由端端部安装压电加速度传感器； 

气动元件的气泵通过气动三联件与三个气压减压阀连接，三个气压减压阀分别与气动两位三通阀之一、气动单向阀和气动两位三通阀之二连接；气动两位三通阀之一和气动两位三通阀之二分别与无杆气缸的左气腔和右气腔连接，气动两位三通阀之一、气动单向阀和气动两位三通阀之二还分别通过气动管道与气动比例阀连接； 

气动阀两位三通阀之一和气动阀两位三通阀之二分别与电信号连接及驱动控制装置中的多路开关阀驱动板中的一路连接，多路开关阀驱动板与D/A转换及I/O输出控制卡连接，D/A转换及I/O输出控制卡接计算机，计算机连接显示器；D/A转换及I/O输出控制卡的一个D/A转换通道与气动比例阀连接，D/A转换及I/O输出控制卡的另一个通道还与压电陶瓷驱动电源连接，压电陶瓷驱动电源与压电驱动器连接；压电片传感器和压电加速度传感器分别与同一个极低频电荷放大器连接，极低频电荷放大器与多通道A/D转换卡连接，多通道A/D转换卡接计算机；线性光栅尺与编码器解算卡连接，编码器解算卡接计算机。 

为进一步实现本发明目的，所述的无杆气缸优选为MY1M25-600L型无杆气缸。 

所述的线性光栅尺优选为FAGOR光栅尺。 

本发明与现有技术比较具有如下优点和有益效果：该气动驱动结构，在气动驱动运动由于气体大的可压缩性和柔性结构振动是刚柔耦合结构，很好地模拟航天器在变轨时的线性速度改变的加速运动引起柔性附件的振动，还可以很好地模拟直线运动柔性机器人的刚柔耦合振动控制。 

附图说明

图1是本发明的气动驱动移动柔性结构试验装置总体组成示意图。 

图2是图1可选实例中气动驱动柔性结构部分示意图。 

图中示出：无杆气缸1、线性光栅尺2、柔性结构5、压电片传感器3、压电驱动片4、压电加速度传感器6、气动两位三通阀之一8、气动两位三通阀之二9、气动单向阀10、三个气压减压阀11、气动比例阀12、气动三联件13、气泵14、极低频电荷放大器15、多通道A/D转换卡16、计算机17、显示器18、D/A转换及I/O输出控制卡19、压电陶瓷驱动电源20、开关阀驱动板21、编码器解算卡22。 

具体实施方式