测第一、第二柔性梁2、8的振动，然后通过电荷放大器后，再经由端子板的A/D转换模块输入运动控制卡，然后输入到计算机产生控制信号。所述控制信号经由运动控制卡后通过端子板的D/A转换模块的两个通道分别输出到伺服驱动器及电压放大电路中，所述伺服电机驱动器驱动伺服电机转动，电压放大电路将信号传输到第一、第二压电驱动器中，从而控制第一、第二柔性梁的转动。
[0042]本装置是一个多输入多输出的系统，系统的控制目的是使得第一柔性梁和第二柔性梁准确、快速、稳定的到达预设定的指向工作位置，并且抑制第一柔性梁和第二柔性梁的振动，双柔性梁可以分别采用压电驱动器抑制，也可采用伺服电机的伺服动作实现转角定位和振动控制。
[0043]本装置中的行星减速器具有间隙特性和摩擦特性，具体表现在伺服电机的输出轴转角和行星减速器输出轴转角之间满足间隙曲线关系。行星减速器的间隙特性使得第一、第二柔性梁之间产生耦合作用。
[0044]电荷放大器可选用江苏联能电子有限公司的YE5850型电荷放大器，共2只，其中一只用于放大第一压电传感器检测的电荷信号。另一只用于放大第二压电传感器检测的电荷信号，经过电荷放大器放大后分别得到输出电压范围在-1OV?+1V的模拟信号。
[0045]选用的计算机的CPU型号为Pentium G6202.6GHz，内存4G ;运动控制卡选用深圳固高公司生产的型号为GTS-400-PGV，该运动控制卡具有4路模拟量输出通道，8路模拟量输出通道，以及4路编码器输入通道，运动控制卡与计算机通过PCI接口连接和通信，实现数据的传输的数模转换。端子板和运动控制卡配套使用，端子板需电压为+24V的直流电源供电，端子板内置的A/D转换模块和D/A转换模块支持电压范围在-1OV?+1V的模拟量输出和模拟量输入。
[0046]电压放大电路可选用型号为APEX-PA240CX或APEX-PA241DW放大器，其研制单位为华南理工大学(在中国专利申请的名称为“太空帆板弯曲和扭转模态振动模拟主动控制装置与方法”，申请号为200810027186.4的专利中有详细介绍)。放大倍数可达到52倍，即将-5V?+5V放大到-260V?+260V。
[0047]本实例中，第一柔性梁和第二柔性梁选用的材料为环氧树脂，第一柔性梁和第二柔性梁悬臂部分的尺寸均为800mmX 10mmX2mm，环氧树脂的弹性模量为Epe =34.64GPa，密度为P = 1840kg/m3。第一压电传感器、第二压电传感器的压电陶瓷片尺寸为30mmX 1mmX 1mm。第一压电片驱动器、第二压电片驱动器的压电陶瓷片尺寸为50mmX 15mmX 1mm，压电陶瓷材料的弹性模量为Epe= 63GPa，密度为P = 7650kg/m3，d31=-166pm/V ;第一集中质量块、第二集中质量块可选用质量为36g的圆柱形钢制质量块；
[0048]本实例中，双柔性梁由夹板5和轮毂11夹紧的部分尺寸为50mmX 10mmX 2mm。
[0049]本实例所使用的行星减速器存在较大的齿轮间隙，输入轴和输出轴之间存在间隙特性，当行星减速器的输入轴转向时，将存在一段驱动空置区，该特性将造成欠驱动和输出震荡现象，间隙的存在将加大系统的时滞量，造成系统不稳定。同时，间隙特性将加剧各控制输入、各振动输出之间的耦合作用。
[0050]本实施例中，伺服电机选用日本三菱电机公司生产的型号为HC-KSF-S43的交流伺服电机，其额定功率为400W ;伺服电机内部的编码器的分辨率为40000脉冲/转；伺服电机驱动器选用同为三菱电机公司生产的配套伺服驱动器；行星减速器选用日本新宝公司生产的型号为VRSF-LB-25C-400-TYPE3的行星减速器，该减速器的减速比为1:25，齿轮间隙为15角分。
[0051]采用此方案，在控制过程中通过设计计算机人机交互界面可以实时显示实验装置的振动信号和控制信号动态曲线，便于实时观测以及控制的开启和关闭，控制策略参数的修改输入，数据保存等操作，便于实时调试时分析和修改参数。
[0052]如图6和图7所示，伺服电机和压电复合驱动双柔性智能梁装置存在以下两种振动情况:
[0053](I)双柔性梁振动同相的情况，只采用压电驱动控制、只采用伺服电机驱动或者伺服电机和压电复合驱动均可以确保其稳定性。
[0054](2)双柔性梁振动反相的情况，只采用压电驱动控制或者伺服电机和压电复合驱动均可以确保其稳定性。只采用电机驱动将造成第一柔性梁和第二柔性梁其中一个不稳定。该策略可以实现梁的精确定位。
[0055]双柔性梁同相振动如图6所示，反相振动情况如图7所示。
[0056]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于行星减速器驱动摆动双智能柔性梁装置，其特征在于，包括柔性梁本体部分、振动检测部分及驱动控制部分； 所述柔性梁本体部分包括: 第一柔性梁，其一端为自由端，另一端为固定端； 第二柔性梁，其一端为自由端、另一端为固定端； 所述第一柔性梁及第二柔性梁平行放置； 压电驱动器及压电传感器粘贴在第一、第二柔性梁的固定端； 振动检测部分包括: 所述压电传感器检测柔性梁的振动信号通过电荷放大器传输到端子板，所述端子板与运动控制卡相互连接，所述运动控制卡与计算机相互连接； 所述驱动控制部分包括行星减速器、伺服电机、伺服电机驱动器及电压放大电路，所述计算机产生控制信号通过运动控制卡及端子板的两个通道传输到电压放大电路及伺服电机驱动器，所述电压放大电路与压电驱动器连接，所述伺服电机驱动器与伺服电机连接，所述伺服电机与行星减速器进行驱动连接，所述第一、第二柔性梁的固定端安装在行星减速器的输出轴上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电驱动器具体为2个，分别为第一驱动器及第二驱动器，所述第一、第二驱动器均由四片压电片构成，分别对称粘贴在第一柔性梁及第二柔性梁固定端的正反两面，每面2片且并联连接；所述压电传感器由两片压电片构成，分别粘贴在第一、第二柔性梁固定端宽度方向的中间位置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括两块质量块，分别位于第一、第二柔性梁的自由端宽度方向的中线处。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括固定支架及底座，所述固定支架安装在底座上，所述行星减速器安装在固定支架上。
【专利摘要】本发明公开了一种基于行星减速器驱动摆动双智能柔性梁装置，包括柔性梁体部分、振动检测部分及驱动控制部分，所述柔性梁体部分包括双柔性量，双柔性梁一端为自由端，另一端为固定端，双梁的固定端固定在行星减速器的输出轴上，使其可以在水平面内转动，双梁靠近固定端粘贴有压电传感器及压电驱动器，计算机接收到压电传感器的振动信号后，输出控制信号到伺服电机及压电驱动器，用于双梁水平面内的转动控制。
【IPC分类】F16F15-02, F16F15-03, F16F15-28
【公开号】CN104565191
【申请号】CN201510032999
【发明人】邱志成, 吴传健
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月22日