實驗名稱：基于組合輸出的振動控制實驗

測試目的：探究柔性鉸接板分別處于彎曲模態(tài)、扭轉(zhuǎn)模態(tài)、彎扭耦合等振動狀態(tài)時，所使用的組合輸出方法的抑振效果。在振動過程中，激光位移傳感器檢測到振動信號，經(jīng)端子板上A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到計算機(jī)可以識別的數(shù)字信號，如上檢測得到的振動信號將作為控制輸入的反饋；之后計算機(jī)輸出指令到運動控制卡，后者輸出控制信號，而后經(jīng)端子板上D/A轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到模擬信號，信號再通過電壓放大器放大，最后由壓電陶瓷驅(qū)動器輸出驅(qū)動力。

測試設(shè)備：電壓放大器、電荷放大器、運動控制卡、相機(jī)、計算機(jī)等。

圖1：柔性鉸接板振動主動控制實驗系統(tǒng)框圖

實驗過程：

實驗的采樣周期為200Hz，激光位移傳感器的量程為(-100mm,100mm)，對應(yīng)的輸出電壓為(-10V,10V)，實驗中彎曲信號和扭轉(zhuǎn)信號是通過將兩個激光位移傳感器檢測的信號進(jìn)行加減運算解耦得來的。在彎曲模態(tài)下，激光位移檢測的測量范圍在(-1.5V,1.5V)，對應(yīng)柔性板上激光點的實際位移量為(-15mm,15mm)；在扭轉(zhuǎn)模態(tài)下，激光位移檢測的測量范圍在(-0.5V,0.5V)，對應(yīng)柔性板上激光點的實際位移量為(-5mm,5mm)。所用壓電傳感器的測量范圍在(-10V,10V)。所設(shè)計控制器輸出的電壓值范圍在(-4.8V,4.8V)-，經(jīng)電壓放大器放大62倍后至(-300V,300V)。實驗將分別探究板塊連接式柔性鉸接板的第一階彎曲模態(tài)、前二階彎曲模態(tài)、第一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)、彎扭耦合等四種振動狀態(tài)下的主動控制實驗效果。經(jīng)實驗測量，柔性鉸接板前二階彎曲模態(tài)的固有頻率分別為0.95Hz、5.05Hz，第一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)的固有頻率為3.1Hz。

實驗結(jié)果：

圖2：第一階彎曲-自由振動

圖2(a)為激光位移傳感器所測utls-表示的振動曲線，lsu即所測柔性鉸接板一階彎曲模態(tài)振動的電壓量，單位V。圖5-33(b)所示為激光位移傳感器所測前25s振動曲線，所測振動響應(yīng)曲線的初始振幅在1.5V，在不加入任何控制作用下，柔性鉸接板持續(xù)振動25s后尚未停止下來，振幅仍較大；從圖可見，柔性鉸接板會持續(xù)振動100s左右才基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)?？梢姴皇┘涌刂谱饔孟氯嵝糟q接板的振動持續(xù)時間相當(dāng)長。

圖3：第一階彎曲-組合輸出PD控制

圖4：第一階彎曲-組合輸出迭代學(xué)習(xí)控制

圖3和圖4為一階彎曲下組合輸出控制的實驗結(jié)果。

從圖上可見，相比于自由振動，組合輸出迭代學(xué)習(xí)控制下柔性板在35s左右基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。實驗結(jié)果證實組合輸出方法可以很好地抑制柔性鉸接板的第一階彎曲振動。

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審核編輯 黃宇