[發明專利]基于加速度傳感器的撓性懸臂板振動控制裝置與控制方法

無效

• 申請號: 200810027187.9
• 申請日: 2008-04-02
• 公開（公告）號: CN101261523A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 邱志成
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02;G05B13/04;G01H17/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李衛東

1、一種基于加速度傳感器的撓性懸臂板振動控制裝置，其特征在于該裝置的撓性板通過機械支架夾持裝置固定為懸臂板，在撓性板固定端橫向20～25mm處前后兩面對稱粘貼的多片壓電陶瓷片，多片壓電陶瓷片之間在撓性板的縱向距離為20～160mm，姿態角度為0°，多片壓電陶瓷片雙面極性相反并聯連接在一起組成彎曲模態壓電驅動器；在撓性板自由端縱向中部雙面反對稱粘貼多片壓電陶瓷片，壓電陶瓷片雙面極性相同并聯連接在一起組成扭轉模態驅動器，扭轉模態驅動器的壓電陶瓷片之間在橫向距離為35～100mm；加速度傳感器之一和加速度傳感器之二分別安裝端撓性板的自由端的兩個邊角位置；加速度傳感器之一和加速度傳感器之二分別與極低頻電荷放大器信號連接，極低頻電荷放大器通過多通道A/D轉換數據采集卡與計算機信號連接，計算機接顯示器；彎曲模態壓電驅動器和扭轉模態驅動器分別與多路壓電陶瓷電源連接；多路壓電陶瓷電源通過多通道D/A轉換卡與計算機信號連接；壓電陶瓷電源還與任意函數信號發生器信號連接。

2、根據權利要求1所述的基于加速度傳感器的撓性懸臂板振動控制裝置，其特征在于所述彎曲模態壓電驅動器的壓電陶瓷片共八片，撓性板前后面每面四片。

3、根據權利要求1所述的基于加速度傳感器的撓性懸臂板振動控制裝置，其特征在于所述扭轉模態壓電驅動器采用六片壓電陶瓷片，撓性板前后面每面三片。

4、根據權利要求1所述的基于加速度傳感器的撓性懸臂板振動控制裝置，其特征在于所述撓性懸臂板振動控制裝置還包括加速度傳感器之三，所述加速度傳感器之三設置在撓性板自由端的中部，與極低頻電荷放大器信號連接。

5、應用權利要求1所述裝置進行基于加速度傳感器的撓性懸臂板振動控制的方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)開啟計算機，進行參數初始化；包括控制算法參數的初始值設定，A/D數據采集和D/A輸出控制卡相應的初始數據、控制地址和驅動方式的設定，D/A輸出數據設定為0，保證初始狀態壓電驅動器無激勵電壓信號；

(2)開啟極低頻電荷放大器，壓電陶瓷電源；采用激振力錘激振辨識法或采用任意函數信號發生器產生掃描頻率正弦信號經過壓電陶瓷電源激勵彎曲模態壓電驅動器和扭轉模態驅動器分別激勵彎曲和扭轉模態的振動，分析獲得模態頻率；

所述模態頻率通過如下解耦方法得到：

a、彎曲模態的加速度測量信息a_W：aW=w··2(x2,y2,t)-w··1(x1,y1,t);]]>

b、計算扭轉模態的加速度測量信息a_N：aN=w··2(x2,y2,t)+w··1(x1,y1,t);]]>

式中和分別為加速度傳感器之一和加速度傳感器之二檢測的其安裝點(x₁，y₁)和(x₂，y₂)的加速度測量信息，t為時間；分別經過FFT變換，就可得到幅頻響應曲線，并得到模態頻率；

或者是采用函數信號發生器產生掃描頻率正弦信號經過壓電陶瓷電源激勵彎曲模態驅動器和扭轉模態驅動器，分別激勵彎曲和扭轉模態的振動，記錄兩個加速度傳感器信息后運行解耦算法分別得到彎曲和扭轉模態的加速度測量信息，分別經過FFT變換，就可得到幅頻響應曲線，并得到模態頻率；

(3)利用計算或辨識得到的振動頻率信息，實現彎曲模態和扭轉模態的控制策略；

彎曲模態基于加速度傳感反饋的非線性算法為：

uW=-Kaw·aWC+c1aWCΣi=0N(|aWC|)(η1|aWC/η3|μ+η2)]]>

式中u_W為彎曲模態的控制律，K_aw為彎曲模態加速度反饋控制參數，式中a_WC為彎曲模態加速度傳感器信號經過濾波和相位校正后的值，η₁η₂，η₃和c₁分別為控制器設計時選定常數，調整這些參數的數值，控制增益根據振動幅值的切換，實現大幅值和小幅值振動控制增益的切換，并且根據振動的幅值自動在線切換；

扭轉模態采用一種基于加速度傳感器的比例反饋控制結合扭轉模態的非線性阻尼控制算法為：

uN=-KaNaNC+KdNaNC∫t1=0t1=T|aNC|dt1]]>

式中u_N為扭轉模態的控制律，K_dN為扭轉模態非線性阻尼器控制參數，a_NC為扭轉模態加速度傳感器信號經過濾波和相位校正后的值，K_aN為扭轉模態加速度反饋控制參數，Δt_N為扭轉模態移相的相位補償時間；

(4)用激振力錘6激勵撓性板彎曲和扭轉模態的振動，通過加速度傳感器之一和加速度傳感器之二分別將采集信息經過電荷放大器后，通過A/D轉換卡采集振動信息，運行解耦算法后在顯示器通過兩個窗口分別實時顯示彎曲和扭轉模態的振動信息，通過人機界面，開啟控制策略，控制量經D/A轉換卡的輸出信號經過壓電陶瓷電源放大后驅動彎曲模態驅動器或扭轉模態驅動器，分別同時進行彎曲和扭轉模態的振動控制；

(5)開啟施加控制策略后，通過顯示器實時顯示彎曲和扭轉振動控制效果，并記錄存儲數據進行分析；

(6)重復步驟(4)、(5)，并根據振動效果的觀測和存儲數據分析，反復調整控制策略和相應的參數進行試驗，參數調整為步驟(3)中所述的非線性控制算法參數，直到獲得良好的控制效果。