[发明专利]一种变负载柔性悬臂梁振动主动控制实验系统及实验方法

权利要求书

1.一种变负载柔性悬臂梁振动主动控制实验系统，其特征在于，包括基座(1)、悬臂梁(2)、负载质量块(3)、四片作动压电纤维片、两片传感压电纤维片、电荷放大器(6)、AD采集卡(7)、目标机(8)、宿主机(9)、DA输出卡(10)、多通道压电驱动功率放大器(11)；所述基座(1)一端与光学隔振台固定连接，基座(1)另一端固定悬臂梁(2)的一端，负载质量块(3)固定安装在悬臂梁(2)的另一端；所述四片作动压电纤维片、两片传感压电纤维片紧密粘贴在悬臂梁(2)上，其中两片传感压电纤维片分别连接两台电荷放大器(6)，所述电荷放大器(6)依次连接AD采集卡(7)、目标机(8)、DA输出卡(10)、多通道压电驱动功率放大器(11)，所述多通道压电驱动功率放大器(11)分别连接四片作动压电纤维片，所述目标机(8)与宿主机(9)之间通过网线连接；

所述四片作动压电纤维片每两片为一组，采用正反对贴的方式粘贴在悬臂梁(2)上；其中，一组用于模拟扰动信号，称为扰动压电纤维片(4-1)，粘贴在靠近悬臂梁(2)固支端的位置；另一组用于施加主动控制信号，称为抑振压电纤维片(4-2)，粘贴在靠近悬臂梁(2)自由端的位置；

所述两片传感压电纤维片紧密粘贴在悬臂梁(2)上，其粘贴位置位于扰动压电纤维片(4-1)和抑振压电纤维片(4-2)之间，并紧靠两组作动压电纤维片，用于实时采集悬臂梁(2)上的振动信号；其中，紧接悬臂梁(2)固支端的传感压电纤维片称为参考压电纤维片(5-1)，紧接悬臂梁(2)自由端的传感压电纤维片称为误差压电纤维片(5-2)；

目标机先通过DA输出卡(10)输出预先设定好的扰动信号，经过多通道压电驱动功率放大器(11)放大，输出给扰动压电纤维片(4-1)；扰动压电纤维片(4-1)引起悬臂梁(2)的振动，模拟悬臂梁受到外界扰动后所引起的振动；粘贴在悬臂梁(2)上的参考压电纤维片(5 -1)和误差压电纤维片(5-2)检测到悬臂梁的振动信号，经过电荷放大器(6)的放大，输出给AD采集卡(7)，其后目标机依照相应的控制策略运算产生期望的控制信号，通过DA输出卡(10)输出，并经过多通道压电驱动功率放大器(11)放大，输出到抑振压电纤维片(4-2)，从而对悬臂梁产生控制作用力，实现对其结构振动响应的实时抵消，以达到主动消除或者降低悬臂梁振动响应；

实施振动主动控制算法，首先初始化AD采集卡(7)和DA输出卡(10)，然后施加扰动信号给悬臂梁(2)，模拟外界环境扰动所引起的振动，此时，通过传感压电纤维片采集悬臂梁(2)的振动信号，作为主动控制算法的输入，通过算法的运算输出控制信号，给悬臂梁(2)进行抑振，判断控制是否结束；如果没有结束，则继续采集悬臂梁(2)的振动信号，控制算法运算，继而输出抑振信号。

2.根据权利要求1所述的变负载柔性悬臂梁振动主动控制实验系统，其特征在于，所述基座(1)呈“工”字型，包括底座(1-1)、支架(1-2)和顶板(1-3)，所述底座(1-1)通过螺栓与光学隔振台固定连接，所述顶板(1-3)上的夹板通过螺栓紧固悬臂梁(2)，底座(1-1)和顶板(1-3)之间通过支架(1-2)固定。

3.根据权利要求1所述的变负载柔性悬臂梁振动主动控制实验系统，其特征在于，所述负载质量块(3)有多个重量，用于模拟柔性机械臂的负载变换；其质量分别为悬臂梁(2)质量的5％-80％。

4.一种变负载柔性悬臂梁振动主动控制实验方法，应用权利要求1所述的变负载柔性悬臂梁振动主动控制实验系统，其特征在于，操作步骤如下：

1)将基座(1)固定在光学隔振台上，安装悬臂梁(2)到基座(1)上；

2)选择合适重量的负载质量块(3)并固定安装至悬臂梁(2)底部的圆孔中；

3)启动目标机(8)和宿主机(9)，进入xPC实时控制系统，将宿主机(9)中根据实际需求设定好模拟扰动信号及实验用的主动控制方法下载至目标机(8)中；

4)启动电荷放大器(6)；

5)启动多通道压电驱动功率放大器(11)；

6)启动xPC实时控制系统，实时采集悬臂梁(2)振动响应信号并输出抑振作动信号，对悬臂梁(2)的振动进行抑制；

7)在目标机(8)的示波器中观测悬臂梁(2)的振动控制效果；

8)暂停xPC实时控制系统，更换悬臂梁(2)底部的负载质量块(3)，并再次启动xPC实时控制系统；

9)在目标机(8)的示波器中观测悬臂梁(2)的振动控制效果。