太空帆板弯曲和扭转模态振动模拟主动控制装置与方法

1. 太空帆板弯曲和扭转模态振动模拟主动控制装置，其特征在于，该装置包括挠性板、 弯曲模态压电驱动器、弯曲模态传感器、扭转模态驱动器、扭转模态传感器、低频电荷放 大器，多通道A/D转换数据采集卡、计算机、多通道D/A转换卡，多路压电驱动高压放大 器、任意函数信号发生器和显示器；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；弯曲模态传感器为压电陶瓷片，在挠性板的横向靠近固定 端20～25mm处，位于挠性板的纵向中线，姿态角度为0°；在挠性板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；双面反对称粘贴多片压电陶瓷片组成的 扭转模态传感器，扭转模态传感器的压电陶瓷片姿态角度为45°，扭转模态驱动器靠近挠 性悬臂板的自由端，扭转模态驱动器和扭转模态传感器之间距离的范围为80～200mm；弯 曲模态传感器和扭转模态传感器分别与低频电荷放大器连接，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与扭转模 态驱动器分别与多路压电驱动高压放大器连接，多路压电驱动高压放大器通过多通道D/A 转换卡与计算机信号连接；多路压电驱动高压放大器还与任意函数信号发生器信号连接。
2. 根据权利要求1所述的太空帆板弯曲和扭转模态振动主动控制装置，其特征在于所 述反对称粘贴是指正面的压电陶瓷片姿态角度为45°，反面压电陶瓷片的姿态角与正面垂 直，都位于挠性板的纵向中间位置。
3. 根据权利要求1所述的太空帆板弯曲和扭转模态振动主动控制装置，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，每面四片；扭转模态压电驱动器和扭转模态 传感器分别采用六片压电陶瓷片，每面三片。
4. 根据权利要求1所述的太空帆板弯曲和扭转模态振动主动控制装置，其特征在于所 述压电驱动电压放大器由直流+12V提供电源的直流电源模块之一和直流电源模块之二分 别与可调电位计之一和可调电位计之二连接，直流电源模块之一和直流电源模块之二还分 别与放大器集成电路芯片连接，放大器集成电路芯片分别接输入端和输出端；放大器集成 电路芯片通过电阻之一接地；放大器集成电路芯片还通过电阻之二与输出端连接。
5. 应用权利要求1所述的装置的太空帆板弯曲和扭转模态振动主动控制方法，其特征 在于包括如下步骤：
(1)开启计算机，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；
(2)开启电荷放大器和压电驱动高压放大器，采用激振力锤激振辨识法或采用函数信 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或扭转模态驱动 器，激励弯曲和扭转模态的振动，辨识得到的弯曲和扭转振动模态频率；
(3)利用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；控制策略 包括：对采集的信号进行经典的滑动平均滤波处理，控制采样时间为1ms，采用多个个采 样数据进行滑动平均，并采用复合PPF&PD非线性控制算法计算；根据步骤(2)辨识得到的 弯曲和扭转振动模态频率，通过人机交互界面输入到PPF&PD非线性控制策略中，为主动控 制设置好了相应的参数；
(4)用激振力锤按照步骤(2)的激振方法激励挠性板弯曲和扭转模态的振动，通过弯曲 模态的压电传感器和扭转模态传感器分别将采集的弯曲和扭转模态大的信息经过电荷放大 器后，通过A/D转换卡采集振动信息，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和扭转模态驱动器，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 的相应的参数进行试验，参数调整为步骤(1)中所述的PPF&PD控制算法参数，直到获得良 好的控制效果。
6. 根据权利要求5所述的太空帆板弯曲和扭转模态振动主动控制方法，其特征在于所 述步骤(5)记录存储数据的格式为.dat文件格式。

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