專利名稱：基于光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置及方法，尤其涉及一種基于 激光測(cè)振儀和光致伸縮驅(qū)動(dòng)的柔性結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置及方法，屬于振動(dòng)主動(dòng) 控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著航空航天技術(shù)的飛躍式發(fā)展，人類空間活動(dòng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，對(duì)空間結(jié)構(gòu)的 性能要求將越來(lái)越嚴(yán)格。目前，航空、航天結(jié)構(gòu)中的柔性部件越來(lái)越多，這些大型空間柔性 結(jié)構(gòu)通常由輕質(zhì)復(fù)合材料制作，運(yùn)行中一旦受到某種擾動(dòng)的作用，就會(huì)產(chǎn)生大幅度長(zhǎng)時(shí)間 的振動(dòng)，直接影響航空、航天結(jié)構(gòu)的精確運(yùn)行和正常工作，國(guó)內(nèi)外由于柔性體振動(dòng)而導(dǎo)致整 個(gè)航天結(jié)構(gòu)性能下降、甚至癱瘓的例子很多。例如，美國(guó)發(fā)射的陸地衛(wèi)星II的觀測(cè)儀旋轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)，由于受到太陽(yáng)能帆板驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的干擾而振動(dòng)，大大降低了傳送圖像的質(zhì)量；哈勃望遠(yuǎn) 鏡因其太陽(yáng)能帆板的熱脹冷縮，引起了某些低頻結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，導(dǎo)致觀測(cè)精度降低；我國(guó)研制 的中巴資源一號(hào)02星在地面測(cè)試中，動(dòng)量輪的偏心質(zhì)量引起CCD相機(jī)安裝支座的振動(dòng)，造 成側(cè)視反射鏡響應(yīng)嚴(yán)重超標(biāo)?？梢?jiàn)，從根本上減小振動(dòng)影響、全面提高結(jié)構(gòu)性能，實(shí)現(xiàn)柔性 結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制具有非常重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主要集中在低頻，傳統(tǒng)的被動(dòng)控制方法對(duì)低頻振動(dòng)的控制效果有 限，難以滿足應(yīng)用要求。隨著微處理器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感器和驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的發(fā)展，集 傳感、驅(qū)動(dòng)和控制于一體的柔性智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為柔性結(jié)構(gòu)低頻振 動(dòng)問(wèn)題的解決開辟了一條嶄新的途徑。世界各主要發(fā)達(dá)國(guó)家先后啟動(dòng)的智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)研究 計(jì)劃中都將振動(dòng)主動(dòng)控制列為主要研究?jī)?nèi)容之一，如美國(guó)的DARPA智能材料結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略研究 計(jì)劃、NASA下一代空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃、SMASH計(jì)劃等；再如，意大利航空研究中心針對(duì)飛機(jī)發(fā) 動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、噪聲主動(dòng)控制制定了專門研究計(jì)劃，并擬于未來(lái)20年將主動(dòng)減振降噪等重大 技術(shù)成就應(yīng)用在商業(yè)飛機(jī)上，以實(shí)現(xiàn)更高性能的航空系統(tǒng)。縱觀現(xiàn)有的振動(dòng)主動(dòng)控制方法，通常需要在被控結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部布置大量分布式 傳感器和驅(qū)動(dòng)器，利用金屬導(dǎo)線來(lái)傳輸傳感信號(hào)和控制命令，并通過(guò)外部能源提供控制力， 這很容易誘發(fā)電磁干擾和噪聲，污染傳感和控制信號(hào)，影響控制效果。再者，隨著現(xiàn)代航空 航天結(jié)構(gòu)采用越來(lái)越多的電子儀器和設(shè)備，電磁環(huán)境已日益惡劣，因此控制振動(dòng)和減少電 磁干擾成為一個(gè)兩難選擇的問(wèn)題。此外，復(fù)雜的傳感、控制線路和大量的導(dǎo)線連接有時(shí)會(huì)嚴(yán) 重影響空間機(jī)械臂等特殊結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)能力和工作環(huán)境。綜上所述，開展柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)的無(wú) 線主動(dòng)控制研究，不僅能進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)科發(fā)展的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制理論 的發(fā)展、完善和工程應(yīng)用，而且對(duì)減輕航空航天結(jié)構(gòu)的電磁干擾、改善其工作環(huán)境具有重要 的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種基于光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置及方法。通過(guò)
3本發(fā)明的振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)柔性結(jié)構(gòu)的低頻(100Hz以下)振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制，可 以對(duì)減輕航空、航天結(jié)構(gòu)的電磁干擾、改善其工作環(huán)境，推動(dòng)振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā) 展、完善奠定必要的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明基于光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置，包括復(fù)合材料柔性梁、工 控機(jī)、無(wú)線傳感裝置和無(wú)線驅(qū)動(dòng)裝置；極化方向相反的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器以對(duì)位貼片方式分 布在智能柔性梁的上下表面，所述復(fù)合材料柔性梁以懸臂梁姿態(tài)夾持在機(jī)械夾持裝置上； 所述無(wú)線傳感裝置由激光測(cè)振儀和PXI數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成，激光測(cè)振儀和PXI數(shù)據(jù) 采集與分析系統(tǒng)的各通道為一一對(duì)應(yīng)連接，激光測(cè)振儀的輸出端與PXI數(shù)據(jù)采集與分析系 統(tǒng)的輸入端連接，PXI的輸出端與工控機(jī)的A/D采集卡連接；激光測(cè)振儀的激光頭將一束激 光投射到復(fù)合材料柔性梁表面上，拾取振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)激光測(cè)振儀的控制器進(jìn)行振動(dòng)信號(hào) 轉(zhuǎn)換并通過(guò)PXI儀器平臺(tái)傳輸?shù)接糜谛盘?hào)處理的工控機(jī)上，經(jīng)頻率和相位解調(diào)得到運(yùn)動(dòng)物 體振動(dòng)速度和位移的時(shí)間歷程信號(hào)，實(shí)現(xiàn)物體表面振動(dòng)的非接觸精密測(cè)量；所述無(wú)線驅(qū)動(dòng) 裝置由寬帶調(diào)制紫外光源、雙疊層光致伸縮驅(qū)動(dòng)器組成，寬帶調(diào)制紫外光源和光致伸縮驅(qū) 動(dòng)器為一一對(duì)應(yīng)布置；寬帶調(diào)制紫外光源的輸入端與工控機(jī)的D/A采集卡連接，工控機(jī)對(duì) 接收的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)振動(dòng)控制算法計(jì)算控制處理后，轉(zhuǎn)換為模擬控制量輸出至寬帶調(diào) 制紫外光源，寬帶調(diào)制紫外光源發(fā)出的紫外光垂直照射光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的表面使其產(chǎn)生彎 曲變形，從而產(chǎn)生控制作用于復(fù)合材料柔性梁，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料柔性梁振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)自適 應(yīng)抵消?；诠庵律炜s驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置的控制方法包括如下步驟(1)由寬帶調(diào)制紫外光源在光致伸縮驅(qū)動(dòng)器上施加O-IOOHz的限帶白噪聲，以激 勵(lì)復(fù)合材料柔性梁進(jìn)行振動(dòng)，用激光測(cè)振儀測(cè)量選定測(cè)點(diǎn)位置的復(fù)合材料柔性梁的振動(dòng)響 應(yīng)，將激勵(lì)點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)，從而計(jì)算出從驅(qū)動(dòng)器到傳感 器的頻率響應(yīng)函數(shù)；(2)依據(jù)實(shí)測(cè)的頻響函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的帶寬濾波器，該濾波器為二階系統(tǒng)，其固 有頻率近似為實(shí)測(cè)的待控模態(tài)的頻率值，當(dāng)激光測(cè)振儀的傳感信號(hào)輸入到系統(tǒng)中后，與待 控模態(tài)同頻率的信號(hào)分量被放大，不同頻率的部分被抑制，系統(tǒng)的輸出信號(hào)與待控模態(tài)的 模態(tài)速度信號(hào)成比例且同相位；(3)采用獨(dú)立模態(tài)空間控制法和最大變光強(qiáng)負(fù)速度反饋控制律，建立光致伸縮驅(qū) 動(dòng)器入射光強(qiáng)與待控模態(tài)的模態(tài)速度信號(hào)的關(guān)系如下/(0 = G[max|^(i-l)|]，其中t表示時(shí)刻，i = 1,2, -,η, i表示第i階模態(tài)，η待控模態(tài)個(gè)數(shù)總和，I為入射光 強(qiáng)，G控制增益為模態(tài)速度，max表示對(duì)t-Ι時(shí)刻的待控前η階模態(tài)速度取最大值；(4)根據(jù)步驟(3)所述的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器入射光強(qiáng)與待控模態(tài)的模態(tài)速度信號(hào)的 關(guān)系，對(duì)工控機(jī)軟件平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，編譯調(diào)試成功后準(zhǔn)備開始控制；(5)啟動(dòng)寬帶調(diào)制紫外光源，對(duì)智能柔板進(jìn)行激振，開啟激光測(cè)振儀，獲取結(jié)構(gòu)振 動(dòng)響應(yīng)信號(hào)；(6)根據(jù)設(shè)定的控制算法設(shè)置工控機(jī)操作平臺(tái)控制命令，依據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)確定入射光的光強(qiáng)并切換其入射方向，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制；(7)從工控機(jī)界面觀測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制效果。本發(fā)明是提供一種激光傳感、紫外光驅(qū)動(dòng)的柔性結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制方 法。該方法應(yīng)用激光測(cè)振儀實(shí)現(xiàn)物體表面振動(dòng)的非接觸高精度測(cè)量，其測(cè)量精度高、抗干擾 能力強(qiáng)，同時(shí)不影響被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)，具有很高的空間分辨率。本發(fā)明提出的柔性結(jié)構(gòu)低頻 振動(dòng)無(wú)線驅(qū)動(dòng)方法極化方向相反的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器以對(duì)位貼片方式分布在智能柔性結(jié)構(gòu) 上下表面，通過(guò)切換寬帶調(diào)制紫外光源的導(dǎo)通開關(guān)和調(diào)整入射光強(qiáng)的頻率成份，使其發(fā)出 的紫外光交互式垂直照射上下表面的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生正、負(fù)彎曲變形，從而產(chǎn)生控制 作用于受控結(jié)構(gòu)。綜上，通過(guò)本發(fā)明的振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)柔性結(jié)構(gòu)的低頻(100Hz 以下)振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制，可以減少導(dǎo)線連接，減輕航空、航天結(jié)構(gòu)的電磁干擾，有助于改 善復(fù)雜結(jié)構(gòu)的惡劣工作環(huán)境。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施實(shí)例的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的極化方向相反的光致伸縮驅(qū)動(dòng)對(duì)示意圖。圖3是本發(fā)明的不同極化方向的典型光致伸縮驅(qū)動(dòng)器粘貼方式示意圖。圖4是本發(fā)明的控制流程框圖。圖5是本發(fā)明的算法設(shè)計(jì)流程框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施實(shí)例結(jié)合

如下參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的模擬柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制試驗(yàn)平臺(tái)，包括一個(gè)環(huán)氧樹脂 柔板①、一套PLZT光致伸縮驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)②、測(cè)振點(diǎn)陣列③、一臺(tái)激光測(cè)振儀④、美國(guó)OT公司的 PXI數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)⑤、一臺(tái)計(jì)算機(jī)⑥、一套寬帶調(diào)制紫外光源⑦。本發(fā)明的柔性結(jié)構(gòu)低頻振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)，包括復(fù)合材料柔性梁、工控機(jī)、無(wú)線傳 感、無(wú)線驅(qū)動(dòng)裝置，極化方向相反的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器以對(duì)位貼片方式分布在智能柔性結(jié)構(gòu) 上下表面，該柔性板以懸臂梁姿態(tài)夾持在機(jī)械夾持裝置上。所述無(wú)線傳感裝置由激光測(cè)振 儀和美國(guó)NI公司的PXI數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成，激光測(cè)振儀和PXI數(shù)據(jù)采集與分析系 統(tǒng)的各通道為一一對(duì)應(yīng)連接，激光測(cè)振儀的輸出端與PXI數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的輸入端連 接，PXI的輸出端與工控機(jī)的A/D采集卡連接；激光測(cè)振儀的激光頭將一束激光投射到測(cè)量 目標(biāo)表面上，拾取振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)激光測(cè)振儀的控制器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換并通過(guò)PXI儀器平臺(tái) 傳輸?shù)接糜谛盘?hào)處理的工控機(jī)上，經(jīng)頻率和相位解調(diào)便可得到運(yùn)動(dòng)物體振動(dòng)速度和位移的 時(shí)間歷程信號(hào)，實(shí)現(xiàn)物體表面振動(dòng)的非接觸精密測(cè)量。所述無(wú)線驅(qū)動(dòng)裝置由寬帶調(diào)制紫外 光源、光致伸縮驅(qū)動(dòng)器組成，寬帶調(diào)制紫外光源和光致伸縮驅(qū)動(dòng)器為一一對(duì)應(yīng)布置；寬帶調(diào) 制紫外光源的輸入端與工控機(jī)的D/A采集卡連接，工控機(jī)對(duì)接收的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)振動(dòng) 控制算法計(jì)算控制處理后，轉(zhuǎn)換為模擬控制量輸出至寬帶調(diào)制紫外光源，寬帶調(diào)制紫外光 源發(fā)出的紫外光垂直照射光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的表面使其產(chǎn)生彎曲變形，從而產(chǎn)生控制作用于 受控結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)柔板結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)抵消，以達(dá)到主動(dòng)消除或降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)響 應(yīng)的目的。
5
如圖4/5所示，本實(shí)例的模擬柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制試驗(yàn)方法，采用上述的 試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的操作步驟如下(1)選用尺寸為1000mmX400mmX Imm(分別為長(zhǎng)、寬、高)的環(huán)氧樹脂板作為模擬
柔性太空帆板模型結(jié)構(gòu)①，該結(jié)構(gòu)在固定段根部位置分別開系列螺紋孔，然后用螺絲將結(jié) 構(gòu)根部固定在試驗(yàn)臺(tái)角鐵支架上，固定后的尺寸為9000X40X 1mm3。(2)采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)柔板①進(jìn)行建模分析，獲得柔板①的較低頻范 圍各階固有頻率、各階模態(tài)振形和最大應(yīng)變受力區(qū)域等結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)特性。(3)根據(jù)上述步驟(2)獲得的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)特性數(shù)據(jù)，按照檢測(cè)/抑制某幾個(gè)較低 階模態(tài)最大應(yīng)變的要求，選擇適合于激光測(cè)振儀④的柔板①表面測(cè)點(diǎn)位置③，并采用AB膠 水將極化方向相反的光致伸縮驅(qū)動(dòng)對(duì)②對(duì)位粘貼在柔板結(jié)構(gòu)①的雙面表面。極化方向相反 的光致伸縮驅(qū)動(dòng)對(duì)如圖2所示，不同極化方向的典型光致伸縮驅(qū)動(dòng)器粘貼方式如圖3所示。(4)調(diào)整激光測(cè)振儀④的支架高度和位置，使其發(fā)出的光垂直照射于柔板①表面 的測(cè)點(diǎn)上。(5)由寬帶調(diào)制紫外光源在光致伸縮驅(qū)動(dòng)器上施加O-IOOHz的限帶白噪聲，以激 勵(lì)復(fù)合材料梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)，用激光測(cè)振儀測(cè)量選定測(cè)點(diǎn)位置的梁的振動(dòng)響應(yīng)，將激勵(lì)點(diǎn) 和響應(yīng)點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)，從而可計(jì)算出從驅(qū)動(dòng)器到傳感器的頻率 響應(yīng)函數(shù)。(6)將受控自回歸模型和最小二乘法相結(jié)合，基于頻率響應(yīng)函數(shù)對(duì)系統(tǒng)的模態(tài)參 數(shù)進(jìn)行識(shí)別，從而得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型的描述。(7)依據(jù)實(shí)測(cè)的頻響函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的帶寬濾波器，該濾波器為一二階系統(tǒng)，其 固有頻率近似為實(shí)測(cè)的待控模態(tài)的頻率值，當(dāng)激光測(cè)振儀的傳感信號(hào)輸入到系統(tǒng)中后，與 待控模態(tài)同頻率的信號(hào)分量被放大，不同頻率的部分被抑制，系統(tǒng)的輸出信號(hào)與待控模態(tài) 的速度信號(hào)成比例且同相位；(8)本發(fā)明采用獨(dú)立模態(tài)空間控制法和負(fù)速度反饋控制律，建立光致伸縮驅(qū)動(dòng)器 入射光強(qiáng)與激光測(cè)振儀傳感信號(hào)的關(guān)系，對(duì)每階待控模態(tài)均重復(fù)上述過(guò)程，推得最終的入 射光強(qiáng)。(9)根據(jù)控制算法編寫程序，并對(duì)工控機(jī)軟件平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，編譯調(diào)試成功后 準(zhǔn)備開始控制。(10)參照步驟(1)，啟動(dòng)寬帶調(diào)制紫外光源，對(duì)智能柔板進(jìn)行激振，開啟激光測(cè)振 儀，獲取結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。(11)根據(jù)設(shè)定的控制算法設(shè)置工控機(jī)操作平臺(tái)控制命令，依據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào) 確定入社光的光強(qiáng)并切換其入射方向，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制。(12)從工控機(jī)界面觀測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制效果。
權(quán)利要求
一種基于光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置，包括復(fù)合材料柔性梁、工控機(jī)、無(wú)線傳感裝置和無(wú)線驅(qū)動(dòng)裝置；其特征在于極化方向相反的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器以對(duì)位貼片方式分布在智能柔性梁的上下表面，所述復(fù)合材料柔性梁以懸臂梁姿態(tài)夾持在機(jī)械夾持裝置上；所述無(wú)線傳感裝置由激光測(cè)振儀和PXI數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成，激光測(cè)振儀和PXI數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的各通道為一一對(duì)應(yīng)連接，激光測(cè)振儀的輸出端與PXI數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的輸入端連接，PXI的輸出端與工控機(jī)的A/D采集卡連接；激光測(cè)振儀的激光頭將一束激光投射到復(fù)合材料柔性梁表面上，拾取振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)激光測(cè)振儀的控制器進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換并通過(guò)PXI儀器平臺(tái)傳輸?shù)接糜谛盘?hào)處理的工控機(jī)上，經(jīng)頻率和相位解調(diào)得到運(yùn)動(dòng)物體振動(dòng)速度和位移的時(shí)間歷程信號(hào)，實(shí)現(xiàn)物體表面振動(dòng)的非接觸精密測(cè)量；所述無(wú)線驅(qū)動(dòng)裝置由寬帶調(diào)制紫外光源、雙疊層光致伸縮驅(qū)動(dòng)器組成，寬帶調(diào)制紫外光源和光致伸縮驅(qū)動(dòng)器為一一對(duì)應(yīng)布置；寬帶調(diào)制紫外光源的輸入端與工控機(jī)的D/A采集卡連接，工控機(jī)對(duì)接收的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)振動(dòng)控制算法計(jì)算控制處理后，轉(zhuǎn)換為模擬控制量輸出至寬帶調(diào)制紫外光源，寬帶調(diào)制紫外光源發(fā)出的紫外光垂直照射光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的表面使其產(chǎn)生彎曲變形，從而產(chǎn)生控制作用于復(fù)合材料柔性梁，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料柔性梁振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)自適應(yīng)抵消。
2.一種如權(quán)利要求1所述的基于光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置的控制方 法，其特征在于包括如下步驟(1)由寬帶調(diào)制紫外光源在光致伸縮驅(qū)動(dòng)器上施加O-IOOHz的限帶白噪聲，以激勵(lì)復(fù) 合材料柔性梁進(jìn)行振動(dòng)，用激光測(cè)振儀測(cè)量選定測(cè)點(diǎn)位置的復(fù)合材料柔性梁的振動(dòng)響應(yīng)， 將激勵(lì)點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)，從而計(jì)算出從驅(qū)動(dòng)器到傳感器 的頻率響應(yīng)函數(shù)；(2)依據(jù)實(shí)測(cè)的頻響函數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的帶寬濾波器，該濾波器為二階系統(tǒng)，其固有頻 率近似為實(shí)測(cè)的待控模態(tài)的頻率值，當(dāng)激光測(cè)振儀的傳感信號(hào)輸入到系統(tǒng)中后，與待控模 態(tài)同頻率的信號(hào)分量被放大，不同頻率的部分被抑制，系統(tǒng)的輸出信號(hào)與待控模態(tài)的模態(tài) 速度信號(hào)成比例且同相位；(3)采用獨(dú)立模態(tài)空間控制法和最大變光強(qiáng)負(fù)速度反饋控制律，建立光致伸縮驅(qū)動(dòng)器 入射光強(qiáng)與待控模態(tài)的模態(tài)速度信號(hào)的關(guān)系如下/(0 = G[max 丨秘-1)|]’其中t表示時(shí)刻，i = 1,2,…，n，i表示第i階模態(tài)，η表示待控模態(tài)個(gè)數(shù)總和，I為入射光 強(qiáng)，G控制增益，射莫態(tài)速度，max表示對(duì)t-Ι時(shí)刻的待控前η階模態(tài)速度取最大值；(4)根據(jù)步驟(3)所述的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器入射光強(qiáng)與待控模態(tài)的模態(tài)速度信號(hào)的關(guān) 系，對(duì)工控機(jī)軟件平臺(tái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，編譯調(diào)試成功后準(zhǔn)備開始控制；(5)啟動(dòng)寬帶調(diào)制紫外光源，對(duì)智能柔板進(jìn)行激振，開啟激光測(cè)振儀，獲取結(jié)構(gòu)振動(dòng)響 應(yīng)信號(hào)；(6)根據(jù)設(shè)定的控制算法設(shè)置工控機(jī)操作平臺(tái)控制命令，依據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)確定 入射光的光強(qiáng)并切換其入射方向，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制；(7)從工控機(jī)界面觀測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制效果。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于光致伸縮驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制裝置及方法，本發(fā)明裝置包括復(fù)合材料柔性梁、工控機(jī)、無(wú)線傳感、無(wú)線驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明方法應(yīng)用激光測(cè)振儀實(shí)現(xiàn)物體表面振動(dòng)的非接觸高精度測(cè)量，通過(guò)切換寬帶調(diào)制紫外光源的導(dǎo)通開關(guān)和調(diào)整入射光強(qiáng)的頻率成份，使其發(fā)出的紫外光交互式垂直照射柔性結(jié)構(gòu)上下表面的光致伸縮驅(qū)動(dòng)器，使其產(chǎn)生正、負(fù)彎曲驅(qū)動(dòng)，從而產(chǎn)生控制作用于受控結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)柔性結(jié)構(gòu)的低頻(100Hz以下)振動(dòng)無(wú)線主動(dòng)控制，可以減少導(dǎo)線連接，減輕航空、航天結(jié)構(gòu)的電磁干擾，有助于改善復(fù)雜結(jié)構(gòu)的惡劣工作環(huán)境。
文檔編號(hào)G05B19/02GK101963786SQ201010247879
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者王宏濤, 鄭世杰, 陳德金 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)