[发明专利]基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置及方法

权利要求书

1.基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：包括工控机、无线传感装置、复合材料柔性曲壳、新型多片组合驱动器构型和UV-LED光源模块，所述UV-LED光源模块设有照射头和光源输入端，所述复合材料柔性曲壳夹持在一个机械夹持装置上；所述无线传感装置包括激光测振仪和PXI数据采集分析系统；所述新型多片组合驱动器构型设置在复合材料柔性曲壳上，激光测振仪与PXI数据采集分析系统通过信号线相连接，所述新型多片组合驱动器构型与所述工控机通过UV-LED光源模块连接在一起，所述PXI数据采集分析系统与所述工控机通过一个接口设备连接在一起，所述激光测振仪能够投射激光到复合材料柔性曲壳的表面上；所述新型多片组合驱动器构型由三片尺寸相同的单晶片构成，其中两片极化方向相同的单晶片背对背布置，用不导光并隔热的胶黏剂粘接在一起，构成一只同极化晶片，在所述同极化晶片的左右侧表面上镀有左公共电极和右公共电极，另外一片单晶片的极化方向布置与前两片的极化方向相反，构成一只反极化晶片。

2.根据权利要求1所述的基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：所述左公共电极与反极化晶片的左侧表面电极通过导线连接在一起，所述右公共电极与反极化晶片的右侧表面电极通过导线连接在一起，所述同极化晶片粘贴在所述复合材料柔性曲壳的下表面，反极化晶片粘贴在复合材料柔性曲壳的上表面，所述照射头分别与同极化晶片和反极化晶片一一对应布置；所述光源输入端与工控机的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UV-LED光源模块，UV-LED光源模块发出的紫外光垂直照射同极化晶片或反极化晶片的表面使其产生变形，从而产生控制作用于复合材料柔性曲壳，实现复合材料柔性曲壳振动响应的实时自适应抵消。

3.根据权利要求2所述的基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：UV-LED光源模块发出的紫外光不同时照射同极化晶片和反极化晶片。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制装置，其特征是：所述新型多片组合驱动器构型既能产生正向膜控制力又能产生负向膜控制力。

5.基于新型多片组合驱动器构型的振动非接触主动控制方法，包括如下步骤：

第一步，利用敲击的办法对复合材料柔性曲壳进行激振，以激励复合材料柔性曲壳进行振动，用激光测振仪测量选定测点位置的复合材料柔性曲壳的振动响应，将激励点和响应点的时域信号进行快速傅立叶变换(FFT)，计算出从新型多片组合驱动器构型到激光测振仪的测振点阵列的频率响应函数；

第二步，依据实测的频率响应函数设计一个特殊的带宽滤波器，所述带宽滤波器为二阶系统，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；

第三步，紫外光照射方向的切换函数选取为其中η是模态位移，模态速度，ζ_mn是为mn阶模态的阻尼比，ω_mn为mn阶模态的固有频率，依据切换函数的符号改变紫外光的照射方向，当时，照射复合材料柔性曲壳上表面的反极化晶片；时，照射复合材料柔性曲壳下表面的同极化晶片；

第四步，采用独立模态空间控制法和光强模糊控制律，建立新型多片组合驱动器构型入射光强与待控模态的模态位移、模态速度信号的关系，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，通过切换紫外光入射方向和光强大小，实现结构振动主动控制，所述控制算法为：

当圆柱薄壳在外加激励的作用下产生振动，激光测振仪检测振动位移量η，反馈给模糊控制器进行闭环控制，这里将检测位移，同时取其微分后，分别乘以量化因子K_d和K_υ后转化到基本论域[-3，3]，对应的模糊语言变量分别为和语言值均为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，记为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}；利用三角形隶属度函数将论域内集合元素模糊化；

这里将模糊量化因子K_d和K_υ调整律取为：

当s(η,η·)=ζmnωmnη+η·=0,]]>Kd=3η,]]>Kv=3ηωmn]]>

模糊控制规则用输入输出模糊变量表示为

其中A_l1和A_l2分别取语言值{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，u^l为控制输入；

设计了一种新的自组织学习算法，用系统的输出位移η和速度的量化值和来修改模糊规则表；自组织模糊规则表起始为零规则，在控制过程中，用下式不断对控制规则进行修正，得第，条规则的控制输入为

ul(k+1)=ul(k)+Δul(k)=wηlwη·lγ[(1-α)η~(k)+αη~·(k)]]]>

式中0<尸<l，为学习速率，尸取值越大系统的修正值越大容易造成系统输出振荡；0<α<1为η(k)和的权值分配系数，一般取α=0．5，(k)表示第k次迭代；

在每个控制步，模糊输入变量和会分别触发两个模糊子集，因此会有四条规则将被修改，每条模糊规则的修正值与触发强度成正比，分别表示为三角形隶属度函数；

实际光强可以通过以下的反模糊化得到，用公式表示为：

I=Ku·|Σωl·ulΣωl|,]]>ωl=μAl1(η~)·μAl2(η~·)]]>

其中，K_u为比例因子，和为三角形隶属度函数；

第五步，对工控机软件平台进行参数设置，根据控制算法准备开始控制；

第六步，利用敲击的办法对复合材料柔性曲壳进行激振，开启激光测振仪，获取结构振动响应信号；

第七步，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；从工控机界面观测结构振动控制效果。