[发明专利]一种二维旋转激励平移震荡装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种平移振荡装置，特别涉及二维旋转激励平移振荡装置。

背景技术

欠驱动系统是指控制输入的数目少于系统自由度的一类系统，球棒系统、倒立摆系统和直升飞机等都是典型的欠驱动系统。实际应用中许多系统都被设计成为了欠驱动系统（航天器、直升飞机、水下航行器、卫星、柔性机器人等）。欠驱动系统根据其产生的原因可分为以下四类：由系统本身的动力学所决定的欠驱动系统（例如航行器、宇宙飞船、直升飞机、水下舰艇和无轮机车等）；为了节省开支或者其他一些实用目的而设计的欠驱动系统（例如两个推进器的卫星和柔性连杆机器人）；由于驱动失败而从全驱动系统转变而成的欠驱动系统（例如：水面舰船,航行器）；为了深入研究高阶欠驱动系统的控制而人为的创造较为复杂的低阶非线性系统（例如两阶倒立摆、球棒系统和旋转摆）。

    欠驱动特性虽然在系统设计、制造上带来很大方便，但是它也使得系统的内部动力学特性更加复杂，近年来针对这类系统的研究逐步发展成为控制理论界的一个研究热点。在振动控制领域，欠驱动振动抑制系统同样能得到广泛的应用。由于物体在振动是通常会在多自由度同时振荡，通常两自由度振动的控制需要两自由度的控制激励输出来实现，这为振动的检测和实现增加了成本。若采用欠驱动系统，可以仅通过一个自由度的激励输出即可控制两个，乃至多个自由度的振荡。这样大大的简化了系统结构，节省了成本。

    本发明提供一个欠驱动系统的典型模型，可以通过一个自由度的激励输出控制两个自由度的平移振荡。本发明可以应用于振动的主动控制，并为欠驱动控制算法的设计供了一个模型及实验平台。

发明内容

本发明的目的是提供欠驱动系统的模型，仅通过一个自由度的旋转激励输出即可抑制两个自由度的平移振荡，其结构简单、节能高效，为振动控制以及欠驱动控制算法的设计供了一个模型及实验平台。

    本发明的技术方案如下：一种二维旋转激励平移震荡装置，包括：

    包括振荡块1，基座2，第一横向导轨3，第二横向导轨4，第一纵向导轨5，第二纵向导轨6，横向振荡导轨7，纵向振荡导轨8，横向弹簧9，纵向弹簧10，质块11，连杆12，电机13，转轴14，码盘15，减速器16，电池组17，控制器18，驱动器19，加速度计20；

基座2的上表面呈一个正方形，第一横向导轨3、第二横向导轨4、第一纵向导轨5、第二导纵向导轨固定在基座2的四个边上。

    纵向振荡导轨8横跨在第一横向导轨3和第二横向导轨4上，横向振荡导轨7横跨在第一纵向导轨5和第二纵向导轨6上；横向振荡导轨7和纵向振荡导轨8分别从振荡块1横轴上的小孔以及纵轴上的小孔贯穿振荡块1；横向弹簧9位于横向振荡导轨7上，其两端分别与振荡块1和横向振荡导轨7的一端固定相连；纵向弹簧10位于纵向振荡导轨8上，其两端分别与振荡块1和纵向振荡导轨8的一端固定相连；在振荡块1的上方，转轴14与连杆12的一端固定相连，连杆12的另一端与质快相连；转轴14位于振荡块1的中心线上，在转轴14的带动下，质块11可绕转轴14在水平面内旋转，旋转平面与振荡块1的上表面平行。

    纵向振荡导轨8两端分别与第一横向导轨3和第二横向导轨4滑动连接，并与第一横向导轨3和第二横向导轨4滑动连接保持垂直；横向振荡导轨7两端分别与第一纵向导轨5和第二纵向导轨6滑动连接，并与第一纵向导轨5和第二纵向导轨6滑动连接保持垂直；纵向振荡导轨8略高于横向振荡导轨7，从而使两导轨在空间上不相重合；横向弹簧9和纵向弹簧10在平衡位置时，振荡块1位于整个基座2中心线上方。

    振荡块1的内部包含电机13、码盘15、减速器16、电池组17、控制器18、驱动器19和加速度计20；电机13固定在振荡块1的中部，通过减速器16与转轴14相连，可带动转轴14转动；码盘15位于电机13的下方，用于测量质块11的转角θ；加速度计20与振荡块1固定相连，用于测量振荡块1的横向加速度a_x和纵向加速度a_y；电池组17、控制器18、驱动器19均与振荡块1固定相连；电池组17与电机13、控制器18、驱动器19、码盘15以及加速度计20均有导线相连，用于给电机13、控制器18、驱动器19、码盘15以及加速度计20提供电力；控制器18与码盘15、加速度计20、驱动器19之间均有导线相连。

    控制器18可采用DSP芯片实现，控制器18所采用的控制算法可为无源控制算法、模糊控制算法或滑模变结构控制算法。