[发明专利]基于加速度传感器的挠性悬臂板振动控制装置与控制方法

权利要求书

1、一种基于加速度传感器的挠性悬臂板振动控制装置，其特征在于该装置的挠性板通过机械支架夹持装置固定为悬臂板，在挠性板固定端横向20～25mm处前后两面对称粘贴的多片压电陶瓷片，多片压电陶瓷片之间在挠性板的纵向距离为20～160mm，姿态角度为0°，多片压电陶瓷片双面极性相反并联连接在一起组成弯曲模态压电驱动器；在挠性板自由端纵向中部双面反对称粘贴多片压电陶瓷片，压电陶瓷片双面极性相同并联连接在一起组成扭转模态驱动器，扭转模态驱动器的压电陶瓷片之间在横向距离为35～100mm；加速度传感器之一和加速度传感器之二分别安装端挠性板的自由端的两个边角位置；加速度传感器之一和加速度传感器之二分别与极低频电荷放大器信号连接，极低频电荷放大器通过多通道A/D转换数据采集卡与计算机信号连接，计算机接显示器；弯曲模态压电驱动器和扭转模态驱动器分别与多路压电陶瓷电源连接；多路压电陶瓷电源通过多通道D/A转换卡与计算机信号连接；压电陶瓷电源还与任意函数信号发生器信号连接。

2、根据权利要求1所述的基于加速度传感器的挠性悬臂板振动控制装置，其特征在于所述弯曲模态压电驱动器的压电陶瓷片共八片，挠性板前后面每面四片。

3、根据权利要求1所述的基于加速度传感器的挠性悬臂板振动控制装置，其特征在于所述扭转模态压电驱动器采用六片压电陶瓷片，挠性板前后面每面三片。

4、根据权利要求1所述的基于加速度传感器的挠性悬臂板振动控制装置，其特征在于所述挠性悬臂板振动控制装置还包括加速度传感器之三，所述加速度传感器之三设置在挠性板自由端的中部，与极低频电荷放大器信号连接。

5、应用权利要求1所述装置进行基于加速度传感器的挠性悬臂板振动控制的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)开启计算机，进行参数初始化；包括控制算法参数的初始值设定，A/D数据采集和D/A输出控制卡相应的初始数据、控制地址和驱动方式的设定，D/A输出数据设定为0，保证初始状态压电驱动器无激励电压信号；

(2)开启极低频电荷放大器，压电陶瓷电源；采用激振力锤激振辨识法或采用任意函数信号发生器产生扫描频率正弦信号经过压电陶瓷电源激励弯曲模态压电驱动器和扭转模态驱动器分别激励弯曲和扭转模态的振动，分析获得模态频率；

所述模态频率通过如下解耦方法得到：

a、弯曲模态的加速度测量信息a_W：aW=w··2(x2,y2,t)-w··1(x1,y1,t);]]>

b、计算扭转模态的加速度测量信息a_N：aN=w··2(x2,y2,t)+w··1(x1,y1,t);]]>

式中和分别为加速度传感器之一和加速度传感器之二检测的其安装点(x₁，y₁)和(x₂，y₂)的加速度测量信息，t为时间；分别经过FFT变换，就可得到幅频响应曲线，并得到模态频率；

或者是采用函数信号发生器产生扫描频率正弦信号经过压电陶瓷电源激励弯曲模态驱动器和扭转模态驱动器，分别激励弯曲和扭转模态的振动，记录两个加速度传感器信息后运行解耦算法分别得到弯曲和扭转模态的加速度测量信息，分别经过FFT变换，就可得到幅频响应曲线，并得到模态频率；

(3)利用计算或辨识得到的振动频率信息，实现弯曲模态和扭转模态的控制策略；

弯曲模态基于加速度传感反馈的非线性算法为：

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

式中u_W为弯曲模态的控制律，K_aw为弯曲模态加速度反馈控制参数，式中a_WC为弯曲模态加速度传感器信号经过滤波和相位校正后的值，η₁η₂，η₃和c₁分别为控制器设计时选定常数，调整这些参数的数值，控制增益根据振动幅值的切换，实现大幅值和小幅值振动控制增益的切换，并且根据振动的幅值自动在线切换；

扭转模态采用一种基于加速度传感器的比例反馈控制结合扭转模态的非线性阻尼控制算法为：

uN=-KaNaNC+KdNaNC∫t1=0t1=T|aNC|dt1]]>

式中u_N为扭转模态的控制律，K_dN为扭转模态非线性阻尼器控制参数，a_NC为扭转模态加速度传感器信号经过滤波和相位校正后的值，K_aN为扭转模态加速度反馈控制参数，Δt_N为扭转模态移相的相位补偿时间；

(4)用激振力锤6激励挠性板弯曲和扭转模态的振动，通过加速度传感器之一和加速度传感器之二分别将采集信息经过电荷放大器后，通过A/D转换卡采集振动信息，运行解耦算法后在显示器通过两个窗口分别实时显示弯曲和扭转模态的振动信息，通过人机界面，开启控制策略，控制量经D/A转换卡的输出信号经过压电陶瓷电源放大后驱动弯曲模态驱动器或扭转模态驱动器，分别同时进行弯曲和扭转模态的振动控制；

(5)开启施加控制策略后，通过显示器实时显示弯曲和扭转振动控制效果，并记录存储数据进行分析；

(6)重复步骤(4)、(5)，并根据振动效果的观测和存储数据分析，反复调整控制策略和相应的参数进行试验，参数调整为步骤(3)中所述的非线性控制算法参数，直到获得良好的控制效果。