[發(fā)明專利]基于壓電材料的柔性桁架結構振動主動抑振系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104092403A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 楊克亞;徐明龍;吳成松;敬子建
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發(fā)明涉及振動控制技術領域，具體涉及基于壓電材料的柔性桁架結構振動主動抑振系統(tǒng)及方法。

背景技術

作為一種智能材料，壓電材料目前已被廣泛的研究，并被應用在各類工程結構中。它既能在外加力場作用下產(chǎn)生電荷輸出(正壓電效應)，又能在外加電場作用下產(chǎn)生力或位移輸出(逆壓電效應)，因此，壓電材料在傳感器和作動器領域得到了較廣泛的應用。壓電作動器正是利用了壓電材料的逆壓電效應。壓電作動器因其輸出位移分辨率高、響應快、功耗小等優(yōu)點，已被廣泛的應用于航天航空、機械、電力等領域，是目前最有發(fā)展前途的智能驅(qū)動器之一。

大型柔性空間桁架結構具有質(zhì)量輕，制造工藝便利，空間拆裝方便，構型靈活豐富，并可實現(xiàn)結構形狀調(diào)整，能滿足大部分航天器結構的空間任務設計要求，因此在航天器結構中應用非常廣泛。但是，柔性空間桁架結構由于尺寸大、重量輕、柔性顯著、阻尼弱，在太空工作時將不可避免地受到各種外界和內(nèi)部因素的干擾，從而激起低頻、非線性、大幅度的振動，且一旦激起將很難自行衰減，將會干擾姿態(tài)控制系統(tǒng)的正常工作，也給航天器的定位精度帶來嚴重影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供基于壓電材料的柔性桁架結構振動主動抑振系統(tǒng)及方法，本發(fā)明利用壓電堆的逆壓電效應，輸出微位移和較大的控制力，通過菱形位移放大機構放大輸出位移，對柔性桁架結構施加控制，即可實現(xiàn)柔性桁架結構的振動主動抑振；相比其它控制方式，對柔性桁架結構的固有頻率影響小，輸出位移分辨率高、響應快、功耗小，抑振效果更明顯。

為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

基于壓電材料的柔性桁架結構振動主動抑振系統(tǒng)，包括固定于地面的主支撐桿1，在主支撐桿1上固定有柔性橫桿2和分別位于柔性橫桿2兩側(cè)的左柔性斜桿8-1和右柔性斜桿8-2，位于柔性橫桿2下方且緊鄰柔性橫桿2、在主支撐桿1上固定有安裝夾具3，安裝夾具3另一端的左邊通過左第一剛性繩索4-1與左菱形作動器5-1短軸側(cè)的一端連接，左菱形作動器5-1短軸側(cè)的另一端通過左第二剛性繩索6-1和固定在左柔性斜桿8-1上的左定位夾具7-1連接，安裝夾具3另一端的右邊通過右第一剛性繩索4-2與右菱形作動器5-2短軸側(cè)的一端連接，右菱形作動器5-2短軸側(cè)的另一端通過右第二剛性繩索6-2和固定在右柔性斜桿8-2上的右定位夾具7-2連接；所述左菱形作動器5-1和右菱形作動器5-2的長軸側(cè)均連接有壓電堆；所述左第一剛性繩索4-1、左第二剛性繩索6-1和左定位夾具7-1的長度方向在同一直線上，且該直線與左柔性斜桿8-1垂直，所述右第一剛性繩索4-2、右第二剛性繩索6-2和右定位夾具7-2的長度方向在同一直線上，且該直線與右柔性斜桿8-2垂直；所述柔性橫桿2、左柔性斜桿8-1和右柔性斜桿8-2的另一端均與柔性桁架結構主體相連。

所述左菱形作動器5-1和右菱形作動器5-2的長軸側(cè)均連接有兩個壓電堆。

所述安裝夾具3包括固定在主支撐桿1上的抱環(huán)3-1以及固定在抱環(huán)3-1上部的連接塊3-2。

所述第一剛性繩索6和第二剛性繩索7為凱夫拉繩索。

所述左定位夾具7-1、右定位夾具7-2、左菱形作動器5-1、右菱形作動器5-2和安裝夾具3的尺寸在保證控制效果的同時盡量小。

上述所述的基于壓電材料的柔性桁架結構振動主動抑振系統(tǒng)的控制方法，工作時，首先調(diào)節(jié)安裝夾具3兩側(cè)的左第一剛性繩索4-1、右第一剛性繩索4-2、左第二剛性繩索6-1和右第二剛性繩索6-2使其處于預緊狀態(tài)，保證柔性橫桿2及與其相連的柔性桁架結構主體處于靜平衡位置；當柔性結構桁架主體沿水平面被激振后，產(chǎn)生沿X方向左右搖晃振動；當柔性桁架結構主體沿X正向擺動且振幅達到預先設定位移值時，開始給右菱形作動器5-2通電，右菱形作動器5-2工作，左菱形作動器5-1未工作，右菱形作動器5-2中壓電堆沿長軸方向伸長，則右菱形作動器5-2短軸方向長度縮短，通過右第二剛性繩索6-2帶動連接在右柔性斜桿8-2、柔性橫桿2和左柔性斜桿8-1上的柔性桁架結構主體往左側(cè)拉回；當柔性桁架結構主體沿X負向擺動且振幅達到預先設定位移值時，開始給左菱形作動器5-1通電，左菱形作動器5-1工作，右菱形作動器5-2停止工作，左菱形作動器5-1中壓電堆沿長軸方向伸長，則左菱形作動器5-1短軸方向長度縮短，通過左第二剛性繩索6-1帶動連接在左柔性斜桿8-1、柔性橫桿2和右柔性斜桿8-2上的柔性桁架結構主體往右側(cè)拉回；柔性桁架結構主體沿X方向來回擺動時，左菱形作動器5-1和右菱形作動器5-2交替工作，從而達到抑振的效果。