[发明专利]基于激光位移传感器的压电板振动检测控制装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性板结构振动检测控制领域，特别涉及一种基于激光位移传感器的压电板振动检测控制装置与方法。

背景技术

随着航天事业的飞速发展，航天器需要的能量越来越大，需要的太阳能帆板的面积也就越大。为降低发射成本，太阳能帆板结构通常采用轻质材料制造以降低结构重量。这类大型柔性结构的模态阻尼小，高阶且低频密集，特别在太空运动中，存在环境扰动条件下，其大幅度的振动要延续很长时间，这导致由此带来的振动问题越来越突出。如果没有采用恰当的检测控制方法对太阳能帆板的振动进行抑制，将会对航天器的在轨运行带来许多问题，如影响航天器的姿势稳定度和指向精度，缩短航天器寿命，甚至造成太阳能帆板结构的破坏，使航天器失效。因此，如太阳能帆板这类大型柔性结构振动的检测控制就成为了当今世界普遍关注而富有挑战性的重要课题和难点。针对航天器太阳能帆板这种柔性结构的振动检测控制，为保证其工作稳定性，必须使它们具有自适应性和主动控制能力，近年来发展起来的各种传感器和智能结构控制技术对太阳能帆板的振动进行检测控制提供了思路。

现有技术中，研究模拟太阳能帆板结构的弯曲模态和扭转模态振动检测，一般使用接触式测量传感器，比如使用加速度传感器安装在柔性板上测量柔性板的弯曲和扭转振动，加速度传感器具有频带宽，质量小，安装方便，接线少、结构紧凑的优点，但是对柔性板产生附加质量，会改变柔性板结构特性，同时包含大量的测量噪声，所以基于加速度传感器的反馈控制的信号需要滤波处理。一般使用压电陶瓷片传感器测量弯曲振动信号，压电陶瓷具有响应快，频带宽，线性度好，容易加工等特点，但是压电陶瓷片需要粘贴在柔性板上，也会产生附加质量和改变柔性板结构特性，而且压电陶瓷片不能测量静态信号，只能用于动态信号测量。申请人申请的相关专利，专利申请号为200810027187.9中，发明名称：“基于加速度传感器的挠性悬臂板振动控制装置与控制方法”中，利用两个加速度传感器和压电驱动器的优化配置，实现了挠性柔性板的弯曲模态和扭转模态在检测和驱动控制上的解耦，从而实现挠性板多弯曲和多扭转模态振动主动抑制的目的。但是在该申请专利中利用加速度传感器测量柔性板的弯曲和扭转振动，对柔性板有附加质量，会改变柔性板结构特性，同时包含大量的测量噪声。同时使用压电陶瓷片传感器测量弯曲振动信号，但是不能测量静态信号，只能用于动态信号测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于激光位移传感器的压电板振动检测控制装置与方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于激光位移传感器的压电板振动检测控制装置，包括压电板本体部分、检测部分及驱动控制部分；

压电板本体部分包括

柔性板，所述柔性板一端通过机械支架夹持装置固定，另一端自由端；

弯曲模态压电驱动器，由多个压电陶瓷片构成，在柔性板距离固定端5-20mm处，且位于宽度方向中线两侧，姿态角为0度，对称粘帖在前后两面；

扭转模态压电驱动器，由多个压电陶瓷片构成，在柔性板长度方向中线，且关于宽度方向中线对称，姿态角为0度，两面对称粘帖，距离宽度方向上下边缘30-70mm；

电阻应变片传感器，所述电阻应变片传感器在柔性板距离固定端5-20mm的宽度方向中线处，姿态角为0度两面对称粘帖；

激光位移传感器，包括两个激光位移传感器探测头及激光位移传感器控制器，所述两个激光位移传感器探测头分别与激光位移传感器控制器连接，所述两个激光位移传感器探测头分别为第一激光位移传感器探测头及第二激光位移传感器探测头，所述第一激光位移传感器探测头及第二激光位移传感器探测头位于柔性板自由端的正前方40-200mm处，并关于柔性板宽度方向中线对称安装；

检测部分包括：

电阻应变片传感器检测柔性板的弯曲振动，检测到的振动信号经过动态电阻应变仪放大以后，通过A/D转换电路输入到ARM开发板和计算机中进行处理；

第一激光位移传感器探测头和第二激光位移传感器探测头检测柔性板自由端的位移变化，其检测的信号输入到激光位移传感器控制器，再到计算机中处理，可分别测出弯曲振动和扭转振动信号；

驱动控制部分包括：

计算机得到振动信号后运行控制算法得到控制信号，再把控制信号传送至ARM开发板，经过D/A转换电路后，再经压电放大电路输入到弯曲模态压电驱动器和扭转模态压电驱动器，从而控制柔性板的弯曲振动和扭转振动。

所述弯曲模态压电驱动器由8片压电陶瓷片构成，柔性板两面对称粘帖，每面4片且并联连接；