[发明专利]一种基于半主动控制方法的高频响无穷刚度智能支撑杆件

说明书

本发明公开了一种基于半主动控制方法的高频响无穷刚度智能支撑杆件，包括常用支撑件(1)，由电致伸缩材料制成的串联杆件(2)，粘贴于常用支撑杆件(1)的上应变测量传感器组(3)，高集成度模拟控制器(4)，以及用于安装高集成度模拟控制器的微型恒温控制盒(5)。该发明利用模拟闭环回路实现支撑杆件的半主动控制，通过实现杆件整体的高频响零变形，从而形成杆件的无穷刚度特性，使刚件的刚度特性不再受制于杆件质量，且具有便于集成，不依赖上位控制器的特点。

技术领域

本发明属于智能结构与控制领域，具体涉及一种基于半主动控制方法的高频响支撑杆件。

背景技术

支撑杆件是在各领域中最为常见的构件形式，是构成土木工程，光学工程，精密机械，航空航天中各类实体的常见组成构件。杆件可以单独存在，在两个分离部件之间实现力的传递；或者以多杆件构成杆系，以桁架或是其他构成形式组成起到轻量化支撑作用。杆件最初完全由被动结构组成，例如由木质杆件构成的房屋桁架或是由金属杆件构成的轻量化实体。这类被动结构虽然结构简单，但是对被支撑载荷的扰动抑制完全依靠先验设计，而且往往存在为提高支撑刚度而导致支撑杆系桁架质量过大的问题。

随着智能结构思想的出现，主动杆系结构开始出现，这类杆件一般都通过在内部集成传感器，执行器及数字控制器，并借助闭环控制对外部扰动进行实时响应从而实现扰动抑制效果。但是这种主动杆件(杆系)结构由于存在与上位控制器交互量大，控制变量过多等问题，造成系统控制回路过于复杂，鲁棒性差等问题。

为解决上述问题，本发明提出一种基于半主动控制方法的高频响无穷刚度智能支撑杆件。由于杆系支撑结构的作用效果主要体现于支撑刚度，因此本发明提出一种依靠半主动方法实现准无穷刚度的杆件设计方法，一方面解决传统被动支撑杆系结构为提高支撑刚度而造成支撑杆系桁架质量过大的问题，另一方面解决主动杆系结构上位控制器交互量大，控制变量过多等问题，造成系统控制回路过于复杂，鲁棒性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于半主动控制方法的高频响无穷刚度智能支撑杆件，利用模拟闭环回路实现支撑杆件的半主动控制，通过实现杆件整体的高频响零变形，从而形成杆件的无穷刚度特性，使刚件的刚度特性不再受制于杆件质量，且具有便于集成，不依赖上位控制器的特点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于半主动控制方法的高频响无穷刚度智能支撑杆件，包括常用支撑件1，由电致伸缩材料制成的串联杆件2，粘贴于常用支撑杆件1的上应变测量传感器组3，高集成度模拟控制器4，以及高集成度模拟控制器的微型恒温控制盒5。

所述应变测量传感器组3由第一应变传感器3-1，第二应变传感器3-2，第三应变传感器3-3，第四应变传感器3-4组成。所述第一应变传感器3-1，第二应变传感器3-2，第三应变传感器3-3，第四应变传感器3-4组成惠斯顿全桥应变电路。其中，所述第一应变传感器3-1与所述第三应变传感器3-3测量方向沿常用支撑杆1轴向，所述第二应变传感器3-2与所述第四应变传感器3-4测量方向沿常用支撑杆1的轴向垂直方向。

所述高集成度模拟控制器4安装在微型恒温控制盒5中，并由差分信号仪表放大器6，高输出阻抗驱动放大器7，功率放大器8组成，所述差分信号仪表放大器6接收应变测量传感组输出的应变测量信号，并经高输出阻抗驱动放大器7及功率放大器8之后为所述串联杆件2提供功率信号。

本发明相比现有技术具有如下优势：