一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动主动控制平台，具体涉及一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台及方法。
【背景技术】
[0002]振动主动控制平台广泛应用于航天航空、生物工程、光学、冶金等领域，用于消除不利振动对结构的危害或提供特定的有利振动环境，新型振动主动控制平台的设计与研制具有十分显著的经济及科研价值。现有的振动主动控制平台多为基于音圈电机的电磁式，结构复杂笨重，发热量大，不适于长时间工作，且分辨率不高。
【发明内容】
[0003]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台及方法，通过四个驱动机构的两两协同作动，实现振动主动控制，该振动主动控制平台具有结构简单，体积小，发热少，功耗低，控制精度高等特点，在航天航空、生物工程、光学等精密仪器的振动控制领域有广泛应用前景。
[0004]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]—种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台:包括位于在XOY平面内的下基板5和上振动平台I，设置在下基板5和上振动平台I间的第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构;所述第一驱动机构和第三驱动机构位于XOZ平面内并关于Y轴对称，所述第二驱动机构和第四驱动机构位于YOZ平面内并关于X轴对称;所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构的上端均通过柔性铰链2与上振动平台I连接，下端放置在下基板5;所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构以及第四驱动机构分别包括第一片弹簧11和粘贴在第一片弹簧11上的第一压电粗纤维复合材料12、第二片弹簧4和粘贴在第二片弹簧4上的第二压电粗纤维复合材料3、第三片弹簧7和粘贴在第三片弹簧7上的第三压电粗纤维复合材料6以及第四片弹簧8和粘贴在第四片弹簧8上的第四压电粗纤维复合材料9。
[0006]所述第一片弹簧11、第二片弹簧4、第三片弹簧7和第四片弹簧8均为凹面朝内。
[0007]所述第一片弹簧11、第二片弹簧4、第三片弹簧7和第四片弹簧8分别与第一压电粗纤维复合材料12、第二压电粗纤维复合材料3、第三压电粗纤维复合材料6和第四压电粗纤维复合材料9通过结构胶固定在一起。
[0008]上述所述的一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台的振动主动控制方法，首先对第一驱动机构的第一压电粗纤维复合材料12通正电压，第一压电粗纤维复合材料12在逆压电效应作用下将伸长，使第一片弹簧11的弧跨距缩短，同时对第三驱动机构的第三压电粗纤维复合材料6通负电压，第三压电粗纤维复合材料6在逆压电效应作用下将缩短，使第三片弹簧7的弧跨距伸长，第一驱动机构和第三驱动机构协同作动，控制上振动平台I绕Y轴旋转；同理第二驱动机构和第四驱动机构协同作动，控制上振动平台I绕X轴旋转，从而实现振动平台的振动主动控制。
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0010]压电粗纤维复合材料通过结构胶与片弹簧固定在一起，结构简单重量轻；
[0011]压电粗纤维复合材料具有柔性好、耐久性强、输出精度高等优点，基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台控制精度高;通过四个驱动机构的两两协同作动，实现的振动主动控制。该振动主动控制平台在航天航空、生物工程、光学等精密仪器的振动控制领域有广泛应用前景。
【附图说明】
[0012]附图所示为本发明振动主动控制平台结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0014]如附图所示，本发明一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台:包括位于在XOY平面内的下基板5和上振动平台I，设置在下基板5和上振动平台I间的第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构;所述第一驱动机构和第三驱动机构位于XOZ平面内并关于Y轴对称，所述第二驱动机构和第四驱动机构位于YOZ平面内并关于X轴对称;所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构的上端均通过柔性铰链2与上振动平台I连接，下端放置在下基板5;所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构以及第四驱动机构分别包括第一片弹簧11和粘贴在第一片弹簧11上的第一压电粗纤维复合材料12、第二片弹簧4和粘贴在第二片弹簧4上的第二压电粗纤维复合材料3、第三片弹簧7和粘贴在第三片弹簧7上的第三压电粗纤维复合材料6以及第四片弹簧8和粘贴在第四片弹簧8上的第四压电粗纤维复合材料9。
[0015]作为本发明的优选实施方式，所述第一片弹簧11、第二片弹簧4、第三片弹簧7和第四片弹簧8均为凹面朝内；结构简单，紧凑。
[0016]作为本发明的优选实施方式，所述第一片弹簧11、第二片弹簧4、第三片弹簧7和第四片弹簧8分别与第一压电粗纤维复合材料12、第二压电粗纤维复合材料3、第三压电粗纤维复合材料6和第四压电粗纤维复合材料9通过结构胶固定在一起，结构胶可以将压电粗纤维复合材料的作动力很好地传递到片弹簧上。
[0017]如附图所示，本发明一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台的振动主动控制方法，首先对第一驱动机构的第一压电粗纤维复合材料12通正电压，第一压电粗纤维复合材料12在逆压电效应作用下将伸长，使第一片弹簧11的弧跨距缩短，同时对第三驱动机构的第三压电粗纤维复合材料6通负电压，第三压电粗纤维复合材料6在逆压电效应作用下将缩短，使第三片弹簧7的弧跨距伸长，第一驱动机构和第三驱动机构协同作动，控制上振动平台I绕Y轴旋转；同理第二驱动机构和第四驱动机构协同作动，控制上振动平台I绕X轴旋转，从而实现振动平台的振动主动控制。该振动主动控制平台具有结构简单，体积小，发热少，功耗低，控制精度高等特点，在航天航空、生物工程、光学等精密仪器的振动控制领域有广泛应用前景。
【主权项】
1.一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台，其特征在于:包括位于XOY平面内的下基板(5)和上振动平台(I)，设置在下基板(5)和上振动平台(I)间的第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构;所述第一驱动机构和第三驱动机构位于XOZ平面内并关于Y轴对称，所述第二驱动机构和第四驱动机构位于YOZ平面内并关于X轴对称；所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构的上端均通过柔性铰链(2)与上振动平台(I)连接，下端放置在下基板(5);所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构以及第四驱动机构分别包括第一片弹簧(11)和粘贴在第一片弹簧(11)上的第一压电粗纤维复合材料(12)、第二片弹簧(4)和粘贴在第二片弹簧(4)上的第二压电粗纤维复合材料(3)、第三片弹簧(7)和粘贴在第三片弹簧(7)上的第三压电粗纤维复合材料(6)以及第四片弹簧(8)和粘贴在第四片弹簧(8)上的第四压电粗纤维复合材料(9)。2.根据权利要求1所述的一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台，其特征在于:所述第一片弹簧(11)、第二片弹簧(4)、第三片弹簧(7)和第四片弹簧(8)均为凹面朝内。3.根据权利要求1所述的一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台，其特征在于:所述第一片弹簧(U)、第二片弹簧(4)、第三片弹簧(7)和第四片弹簧(8)分别与第一压电粗纤维复合材料(12)、第二压电粗纤维复合材料(3)、第三压电粗纤维复合材料(6)、和第四压电粗纤维复合材料(9)通过结构胶固定在一起。4.权利要求1所述的一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台的振动主动控制方法，其特征在于:首先对第一驱动机构的第一压电粗纤维复合材料(12)通正电压，第一压电粗纤维复合材料(12)在逆压电效应作用下将伸长，使第一片弹簧(11)的弧跨距缩短，同时对第三驱动机构的第三压电粗纤维复合材料(6)通负电压，第三压电粗纤维复合材料(6)在逆压电效应作用下将缩短，使第三片弹簧(7)的弧跨距伸长，第一驱动机构和第三驱动机构协同作动，控制上振动平台(I)绕Y轴旋转；同理第二驱动机构和第四驱动机构协同作动，控制上振动平台(I)绕X轴旋转，从而实现振动平台的振动主动控制。
【专利摘要】一种基于压电粗纤维复合材料的振动主动控制平台及方法，该装置包括在XOY平面内的下基板和上振动平台；在下基板和上振动平台之间沿X轴对称布置的第一和第三驱动机构以及沿Y轴对称布置的第二和第四驱动机构；每个驱动机构由柔性铰链、片弹簧和片弹簧外表面粘贴的压电粗纤维复合材料组成；当下基板和上振动平台之间第一和第三驱动机构的压电粗纤维复合材料分别通正负驱动电压，压电粗纤维复合材料在逆压电效应作用下将伸长或收缩，从而带动上振动平台绕Y轴偏转；当下基板和上振动平台之间第二和第四驱动机构的压电粗纤维复合材料分别通正负驱动电压，将带动上振动平台绕X轴偏转；本发明具有结构简单，体积小，发热少，功耗低，控制精度高等特点。
【IPC分类】H02N2/14
【公开号】CN105515441
【申请号】CN201510929232
【发明人】吴成松, 徐明龙, 周媛, 陈楠, 宋思扬, 刘开园, 张丰, 朱建阳, 张舒文
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月12日