實(shí)驗(yàn)名稱：基于組合輸出的振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)

測(cè)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(dòng)狀態(tài)時(shí)，所使用的組合輸出方法的抑振效果。在振動(dòng)過程中，激光位移傳感器檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)端子板上A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，如上檢測(cè)得到的振動(dòng)信號(hào)將作為控制輸入的反饋；之后計(jì)算機(jī)輸出指令到運(yùn)動(dòng)控制卡，后者輸出控制信號(hào)，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(hào)，信號(hào)再通過電壓放大器放大，最后由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器輸出驅(qū)動(dòng)力。

測(cè)試設(shè)備：電壓放大器、電荷放大器、運(yùn)動(dòng)控制卡、相機(jī)、計(jì)算機(jī)等。

圖1：柔性鉸接板振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖

實(shí)驗(yàn)過程：

實(shí)驗(yàn)的采樣周期為200Hz，激光位移傳感器的量程為(-100mm,100mm)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓為(-10V,10V)，實(shí)驗(yàn)中彎曲信號(hào)和扭轉(zhuǎn)信號(hào)是通過將兩個(gè)激光位移傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算解耦得來的。在彎曲模態(tài)下，激光位移檢測(cè)的測(cè)量范圍在(-1.5V,1.5V)，對(duì)應(yīng)柔性板上激光點(diǎn)的實(shí)際位移量為(-15mm,15mm)；在扭轉(zhuǎn)模態(tài)下，激光位移檢測(cè)的測(cè)量范圍在(-0.5V,0.5V)，對(duì)應(yīng)柔性板上激光點(diǎn)的實(shí)際位移量為(-5mm,5mm)。所用壓電傳感器的測(cè)量范圍在(-10V,10V)。所設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(dòng)狀態(tài)下的主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)效果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：第一階彎曲-自由振動(dòng)

圖2(a)為激光位移傳感器所測(cè)utls-表示的振動(dòng)曲線，lsu即所測(cè)柔性鉸接板一階彎曲模態(tài)振動(dòng)的電壓量，單位V。圖5-33(b)所示為激光位移傳感器所測(cè)前25s振動(dòng)曲線，所測(cè)振動(dòng)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(dòng)25s后尚未停止下來，振幅仍較大；從圖可見，柔性鉸接板會(huì)持續(xù)振動(dòng)100s左右才基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。可見不施加控制作用下柔性鉸接板的振動(dòng)持續(xù)時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。

從圖上可見，相比于自由振動(dòng)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)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(dòng)。

電壓放大器推薦：ATA-2032

圖：ATA-2032高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇