一种大范围运动旋转柔性梁实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种大范围运动旋转柔性梁实验装置，具体是大范围运动旋转柔性梁的运动及振动控制实验装置。
【背景技术】
[0002]在实际工程中，直升机旋翼、柔性机械臂、航空发动机叶片、风力旋转叶片等一类结构的动力学行为均可简化为做大范围旋转运动的中心刚体-柔性梁系统。这种典型的刚柔耦合动力学系统在大范围运动的同时会产生自身的小变形弹性振动，这两种运动相互耦合、相互影响，会对系统造成很大影响。因此设计出大范围运动旋转柔性梁的实验装置，在此装置的基础上实现柔性梁的动力学特性分析、运动及振动控制具有重要意义。
[0003]查阅现有的文献及专利，对此类实验装置的研究比较少，大多集中于小范围运动的柔性梁实验装置及方法的研究，例如上海交通大学孟光等提交的专利(申请号:CN200410067808.8)设计了一种非惯性系下柔性悬臂梁的运动控制和振动控制实验系统，华南理工大学邱志成等提交的专利(申请号:CN201410196846.7)设计一种旋转柔性铰接梁的振动测量控制装置与方法。以上的专利都是只针对较小范围的旋转柔性梁的实验平台，此类装置由于运动范围小，对柔性梁上的传感器的数据采集可以使用有线的形式，当旋转柔性梁进行大范围运动时，这些传感器的导线会阻碍柔性梁的旋转运动，影响实验的开展。因此，需要设计一种新的实验装置，实现大范围运动情况下柔性梁的振动特性数据采集，并在此基础上实现运动及振动控制具有一定的现实意义。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供设计了一种大范围运动旋转柔性梁实验装置，能够在柔性梁大范围运动时实现振动特性数据的采集、运动及振动控制。
[0005]本实用新型采取的技术方案和内容如下:
[0006]大范围运动旋转柔性梁实验装置，系统包括柔性梁、应变片、无线应变采集器、夹具、伺服电机、编码器、底座、支架、无线接收模块、运动控制器、计算机。
[0007]所述的伺服电机通过支架固定在底座上，编码器固定在伺服电机上，夹具与伺服电机转轴同轴连接，夹具上安装无线应变采集器；
[0008]所述的无线应变采集器安装于夹具上，通过导线与粘贴在柔性梁上的应变片相连。
[0009]大范围运动旋转柔性梁实验装置，具体实现过程如下:
[0010]伺服电机通过夹具驱动柔性梁转动，由编码器检测伺服电机的转角，并将数据传递给运动控制器，计算机通过运动控制器读取编码器的数据；
[0011]所述的无线应变采集器通过导线将与其相连的应变片的检测数据发射出去，由无线接收模块接收数据并传递给计算机；
[0012]计算机根据实时采集的应变片和编码器的数据进行柔性梁的动力学特性分析、运动与振动控制。
[0013]有益效果:本实用新型采用无线数据发射装置和无线数据接收装置，代替了现有装置中的导线，实现了柔性梁上应变片检测数据的无线传输，避免了柔性梁在大范围运动时导线阻碍运动的问题。本实验装置适用于大范围运动柔性梁的动力学特性分析中，且能够实现柔性梁运动及振动控制实验研究。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型总体结构示意图；
[0015]图2为本实用新型的信号传递关系示意图。
[0016]图中:1、柔性梁，2、应变片，3、无线应变采集器，4、夹具，5、伺服电机，6、编码器，7、底座，8、支架，9、无线接收模块，10、运动控制器，11、计算机。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0018]如图1所示，大范围运动旋转柔性梁实验装置，它包括柔性梁1、应变片2、无线应变采集器3、夹具4、伺服电机5、编码器6、底座7、支架8、无线接收模块9、运动控制器10、计算机11。由于旋转柔性梁1的根部应变较大，将应变片2粘贴在柔性梁1靠近根部的位置，应变片2和无线应变采集器3之间通过导线连接，无线应变采集器3安装在夹具4上。夹具4与伺服电机5转轴同轴连接，伺服电机5通过支架8固定在底座7上，编码器6固定在伺服电机5上。无线接收模块9与计算机11连接，编码器6与运动控制器10连接，运动控制器10与计算机11双向通信连接，计算机11通过控制运动控制器10，实现最终的柔性梁1的运动及振动控制。
[0019]柔性梁1采用不锈钢制成，规格为1000mm X 35mm X 2mm ;应变片2的桥路选择半桥方式(1片工作片，1片补偿片)，用于测量柔性梁1转动过程中的应变；夹具5、支架8、底座7均根据需要定制而成。
[0020]如图2所示，所述的无线应变采集器3由电荷放大器3-1、A/D转换3_2、FPGA数据采集3-3、无线发射模块3-4组成，根据需求定制；运动控制器10由电机驱动器10-1和运动控制卡10-2组成，电机驱动器10-1型号为DSD30，运动控制卡10_2型号为GTS-400-PV-PCI ;伺服电机5为400W的交流伺服电机，型号为60ST-M01330，编码器6为伺服电机5自带的2500线光电脉冲编码器。
[0021]计算机11通过运动控制器10将设定的伺服电机5的转角位置或速度量转换成电压信号控制伺服电机5旋转，伺服电机5通过与其电机轴同轴连接的夹具4驱动柔性梁1转动。柔性梁1在做大范围运动的同时会产生弹性变形，由粘贴在柔性梁1上的应变片2检测柔性梁1的应变。应变片2检测的数据经无线应变采集器3发射出去，由无线接收模块9接收应变片2的数据，并传递给计算机11。编码器6采集伺服电机5的转角(即柔性梁1的转角)，由运动控制器10中的运动控制卡10-2读取编码器6的数据，运动控制卡10-2与计算机11双向通信，计算机11通过运动控制卡10-2实时读取编码器6的数据。
[0022]根据假设模态法和拉格朗日方程可以建立柔性梁1的动力学模型，由相关的建模理论可知，柔性梁1的第1阶弹性振动模态在其振动变形量中占主导地位，截取第1阶模态，可以得到柔性梁1上的应变片2粘贴位置处的应变。引入计算机11实时采集的应变片2和编码器6的检测数据作为反馈量，通过计算机11控制运动控制器10，实现柔性梁1的运动及振动控制。另外，计算机11根据实时采集的应变片2和编码器6的数据进行柔性梁1的动力学特性分析。
【主权项】
1.一种大范围运动旋转柔性梁实验装置其特征在于:它包括柔性梁(1)、应变片(2)、无线应变采集器(3)、夹具(4)、伺服电机(5)、编码器(6)、底座(7)、支架(8)、无线接收模块(9)、运动控制器(10)、计算机(11)。所述的伺服电机(5)通过支架(8)固定在底座(7)上，编码器(6)固定在伺服电机(5)上，夹具(4)与伺服电机(5)转轴同轴连接，夹具(4)上安装无线应变采集器(3);所述的无线应变采集器(3)安装于夹具(4)上，通过导线与粘贴在柔性梁(1)上的应变片(2)相连。
【专利摘要】一种大范围运动旋转柔性梁实验装置，在连接柔性梁和驱动装置转轴的夹具上安装一个无线应变采集器，通过此无线应变采集器将粘贴在柔性梁上应变片的测量数据发射出去，由无线接收模块将接收到的数据传递给计算机。由编码器检测伺服电机的转角并传递给运动控制器，计算机通过运动控制器读取编码器的数据，计算机结合接收到的应变片数据实现柔性梁的运动及振动控制。本实用新型能较好的实现大范围运动时柔性梁的运动与振动控制实验研究，有助于在柔性梁大范围运动时的动力学特性分析、运动及振动控制等相关问题的研究。
【IPC分类】G01M13/00
【公开号】CN205038042
【申请号】CN201520776687
【发明人】赵伟杰, 路恩, 严治威
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月9日