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)換部分進行轉(zhuǎn)換得到計算機可以識別的數(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、計算機等。

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