[发明专利]基于光致伸缩驱动器的振动无线主动控制装置及方法

权利要求书

1.一种基于光致伸缩驱动器的振动无线主动控制装置，包括复合材料柔性梁、工控机、无线传感装置和无线驱动装置；其特征在于极化方向相反的光致伸缩驱动器以对位贴片方式分布在智能柔性梁的上下表面，所述复合材料柔性梁以悬臂梁姿态夹持在机械夹持装置上；所述无线传感装置由激光测振仪和PXI数据采集与分析系统组成，激光测振仪和PXI数据采集与分析系统的各通道为一一对应连接，激光测振仪的输出端与PXI数据采集与分析系统的输入端连接，PXI的输出端与工控机的A/D采集卡连接；激光测振仪的激光头将一束激光投射到复合材料柔性梁表面上，拾取振动信号，通过激光测振仪的控制器进行振动信号转换并通过PXI仪器平台传输到用于信号处理的工控机上，经频率和相位解调得到运动物体振动速度和位移的时间历程信号，实现物体表面振动的非接触精密测量；所述无线驱动装置由宽带调制紫外光源、双叠层光致伸缩驱动器组成，宽带调制紫外光源和光致伸缩驱动器为一一对应布置；宽带调制紫外光源的输入端与工控机的D/A采集卡连接，工控机对接收的振动信号进行主动振动控制算法计算控制处理后，转换为模拟控制量输出至宽带调制紫外光源，宽带调制紫外光源发出的紫外光垂直照射光致伸缩驱动器的表面使其产生弯曲变形，从而产生控制作用于复合材料柔性梁，实现复合材料柔性梁振动响应的实时自适应抵消。

2.一种如权利要求1所述的基于光致伸缩驱动器的振动无线主动控制装置的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)由宽带调制紫外光源在光致伸缩驱动器上施加0-100Hz的限带白噪声，以激励复合材料柔性梁进行振动，用激光测振仪测量选定测点位置的复合材料柔性梁的振动响应，将激励点和响应点的时域信号进行快速傅立叶变换(FFT)，从而计算出从驱动器到传感器的频率响应函数；

(2)依据实测的频响函数设计一个特殊的带宽滤波器，该滤波器为二阶系统，其固有频率近似为实测的待控模态的频率值，当激光测振仪的传感信号输入到系统中后，与待控模态同频率的信号分量被放大，不同频率的部分被抑制，系统的输出信号与待控模态的模态速度信号成比例且同相位；

(3)采用独立模态空间控制法和最大变光强负速度反馈控制律，建立光致伸缩驱动器入射光强与待控模态的模态速度信号的关系如下：

I(t)=G[max|η·i(t-1)|],]]>

其中：

t表示时刻，i＝1，2，…，n，i表示第i阶模态，n表示待控模态个数总和，I为入射光强，G控制增益，模态速度，max表示对t-1时刻的待控前n阶模态速度取最大值；

(4)根据步骤(3)所述的光致伸缩驱动器入射光强与待控模态的模态速度信号的关系，对工控机软件平台进行参数设置，编译调试成功后准备开始控制；

(5)启动宽带调制紫外光源，对智能柔板进行激振，开启激光测振仪，获取结构振动响应信号；

(6)根据设定的控制算法设置工控机操作平台控制命令，依据结构振动响应信号确定入射光的光强并切换其入射方向，实现结构振动主动控制；

(7)从工控机界面观测结构振动控制效果。