[发明专利]旋转柔性铰接梁的振动测量控制装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋转柔性铰接梁振动控制领域，特别涉及旋转柔性铰接梁的振动测量控制装置与方法。

背景技术

旋转柔性悬臂梁在实际工程中有着广泛的应用，主要体现在航天器柔性关节和柔性机械臂的应用上，该模型还可用于模拟飞机旋转机翼和涡轮叶片。相对于刚性机械臂，柔性悬臂梁具有质量轻、能耗低、效率高、操作灵活等优点，但由于柔性悬臂梁细长、质量轻、刚度低、柔性大等特点，空间柔性机器人和航天器挠性附件在转动调姿或者受到外部扰动时，容易引起悬臂梁的振动，尤其是在平衡点小幅值的模态频率上的振动，如果不能快速的抑制这些振动，将影响系统的稳定性和指向精度，从而降低相关系统的可靠性，甚至带来灾难性的损失。对于飞机旋转机翼和涡轮叶片采用的是细长刚性机械臂，由于外部的阻力较大，惯性不易改变，在转动的启动和停止时容易造成机械臂的振动以及较大的冲击，不进行适当的振动抑制容易导致机械臂的冲击折断，造成经济损失甚至安全事故。尽管旋转悬臂梁的研究受到了国内外的广泛关注，然而对于旋转柔性铰接梁的研究却比较少，而其在实际的工程应用中又必不可少，所以对旋转柔性铰接梁的振动主动抑制的研究就成为了当今世界国内外普遍关注而富有挑战的重要课题。

采用压电陶瓷片驱动器驱动主动控制作动器，具有响应快、频带宽、线性度好、容易加工等特点，特别适合于航天器柔性梁等挠性结构的振动控制应用，但是它的驱动位移较小，无法进行大幅值的变形调整。对于旋转调姿引起的振动采用交流伺服电机驱动主动控制时，由于通过调整启动和停止电机转动速度、扭矩规划，可以从源头上减少对机械臂的惯性冲击，达到抑制振动的目的，具有调整位移大，对大幅值的变形振动具有良好的控制效果，但由于电机的正反转调整时间较长，同时谐波齿轮减速器带来的滞后导致应用具有一定的局限性。此外，形状记忆合金由于其形状记忆效应的特点，可以用作作动器用于振动的主动控制，同时由于其超弹性性质和高阻尼的特性，又可以作为被动控制的材料改善悬臂梁的阻尼特性，对旋转柔性铰接梁进行被动控制和主动控制结合的一体化振动控制。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种旋转柔性铰接梁的振动测量控制装置与方法。

本发明采用如下技术方案：

一种旋转柔性铰接梁的振动测量控制装置，包括柔性铰接梁本体部分、振动信号检测部分及驱动控制部分；

—柔性铰接梁本体部分：

柔性铰接梁由柔性梁Ⅰ9及柔性梁Ⅱ12通过铰链铰接而成，所述柔性铰接梁一端自由，另一端通过机械夹持装置6与谐波齿轮减速器4的输出轴轮彀5连接；

—振动信号检测部分：

包括压电陶瓷片传感器8及加速度传感器13，所述压电陶瓷片传感器8及加速度传感器13安装在柔性铰接梁上；

所述压电陶瓷片传感器8检测的柔性铰接梁的弯曲振动信号及加速度传感器13检测的振动加速度信号经过电荷放大器22放大后，传输到运动控制器20的AD采样模块23，再由运动控制器20处理后输入到计算机21；

—驱动控制部分包括交流伺服电机驱动控制通路、压电驱动器驱动控制通路及形状记忆合金丝驱动控制通路；

所述交流伺服电机驱动控制通路包括交流伺服电机2，所述交流伺服电机采用速度控制或者位置控制的方式连接到运动控制器20，所述交流伺服电机2的输出轴通过联轴器3连接到谐波齿轮减速器4的输入轴，用于驱动柔性铰接梁的转动，所述交流伺服电机2与运动控制器20相互连接，所述运动控制器20与计算机21相互连接；

所述压电驱动器驱动控制通路包括压电陶瓷片驱动器7，所述压电陶瓷片驱动器安装在柔性铰接梁上，所述计算机21得到振动信号，运算后产生反馈信号，所述反馈信号由运动控制器的DA输出模块I15输出，经过压电片放大电路14放大信号，输出到压电陶瓷片驱动器，从而达到抑制柔性铰接梁弯曲振动的目的；

所述形状记忆合金丝驱动控制通路包括形状记忆合金丝11，所述形状记忆合金丝11安装在柔性铰接梁上，预拉伸后，两端用接头螺丝分别固定在柔性梁Ⅰ及柔性梁Ⅱ上，所述形状记忆合金丝11在柔性铰接梁长度方向上跨过铰链，并接出驱动导线；

将采集到的振动信号输入计算机21作相应的处理，得到反馈信号，该反馈信号由运动控制器20的DA输出模块II19输出，经过SMA驱动器18将输入的电流放大，输出到形状记忆合金丝11，用于分时控制形状记忆合金丝11的变形恢复，从而达到控制柔性铰接梁弯曲振动的作用。

所述压电陶瓷片驱动器7由4片压电陶瓷片构成，分别在柔性梁Ⅰ9的正反两面对称粘帖，每面各两片，并联连接；