專利名稱：機敏結(jié)構(gòu)振動主動控制的sma交替驅(qū)動裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機敏結(jié)構(gòu)主動控制的形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動裝置和方法，尤其是對一種復(fù)合SMA驅(qū)動單元的機敏結(jié)構(gòu)主動控制的驅(qū)動裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著航天技術(shù)的發(fā)展，大型柔性結(jié)構(gòu)在航天器的構(gòu)成與應(yīng)用越來越多，如太陽能帆板、大型衛(wèi)星天線、空間機械臂等，由于上述空間柔性結(jié)構(gòu)需要在長期運行期間保證很高的運行精度，通常對振動環(huán)境有著極為嚴格的要求，而這類結(jié)構(gòu)一般具有低剛度小阻尼，固有頻率較低和模態(tài)密集的特征，同時太空環(huán)境又無外阻，因此極易受到擾動影響而發(fā)生振動，且使得絕大數(shù)常規(guī)振動控制方法難以達到控制要求。針對航空航天系統(tǒng)的性能要求和空間結(jié)構(gòu)的振動特點，當(dāng)前以智能材料結(jié)構(gòu)概念實現(xiàn)振動主動控制，由于技術(shù)的高難度和重要的應(yīng)用價值，獲得了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域科研人員的廣泛重視，尤其以基于智能材料結(jié)構(gòu)思想構(gòu)建主動減振智能結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)與噪聲輻射的主動控制，形成振動控制領(lǐng)域的研究熱點和最為活躍的一個方向，當(dāng)前研究范圍已涉及到軍事與民用的諸多領(lǐng)域。由智能材料構(gòu)成的智能器件(如阻尼器、驅(qū)動器等)構(gòu)造簡單，調(diào)節(jié)驅(qū)動容易，耗能小，反應(yīng)迅速，在結(jié)構(gòu)振動控制中有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前智能結(jié)構(gòu)研究中廣泛采用了形狀記憶合金(shape memory alloy,簡稱SMA)、壓電材料和磁致伸縮材料等機敏材料；其中， 形狀記憶合金以其特有的形狀記憶、超彈性、大變位、高耗能、良好耐腐蝕及耐疲勞性能等獨特優(yōu)勢，被認為是結(jié)構(gòu)控制中最有前途的感知和驅(qū)動材料之一?；赟MA的彈性模量隨溫度變化而改變的特性，可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的主動控制；當(dāng)前研究過程的基本思路，是將SMA機敏致動材料復(fù)合到結(jié)構(gòu)中去，通過針對SMA的電流驅(qū)動和致熱，并利用SMA機敏材料的形狀記憶效應(yīng)，以改變復(fù)合材料的力學(xué)特此和剛度， 從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動主動控制，由此SMA驅(qū)動源特性的優(yōu)劣程度，很大程度上決定了振動控制的可行性和效率性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種機敏結(jié)構(gòu)主動控制的形狀記憶合金(SMA)驅(qū)動裝置和方法，對SMA驅(qū)動單元進行控制，實現(xiàn)其形狀記憶、超彈性、大變位、高耗能、良好耐腐蝕及耐疲勞性能等獨特優(yōu)勢，抑制熱滯現(xiàn)象，提高SMA動態(tài)響應(yīng)速度，達到抑振的效果。一種機敏結(jié)構(gòu)主動控制的SMA驅(qū)動裝置，主要由固定支撐架構(gòu)、安裝有多路SMA驅(qū)動單元的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)、一塊A/D數(shù)據(jù)采集卡、一臺任意函數(shù)信號發(fā)生器、一臺信號功率放大器、兩臺多路交替驅(qū)動恒流源、一套多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)、一臺激振器、多路電荷放大器、 一臺高性能計算機、一臺數(shù)字示波器等組成。其特征在于所述計算機通過兩臺多路交替驅(qū)動恒流源連接多路形狀記憶合金驅(qū)動單元，計算機帶有采集卡并連接數(shù)字示波器，A/D數(shù)據(jù)采集卡通過多路電荷放大器連接多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)，多組PZT傳感網(wǎng)絡(luò)粘貼在實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)上，所述任意函數(shù)信號發(fā)生器經(jīng)信號功率放大器和激振器連接，通過連桿與實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)連接；通過兩臺多路交替驅(qū)動恒流源實現(xiàn)對多路形狀記憶合金驅(qū)動單元不同控制策略的驅(qū)動；使用橡皮繩將安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元的實驗?zāi)Ｐ偷跹b在固定支撐架構(gòu)上；任意函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的信號經(jīng)功率放大器放大后輸入激振器，激振器對模型結(jié)構(gòu)施加激勵；粘貼在模型結(jié)構(gòu)上的多路PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)檢測到結(jié)構(gòu)振動信號，經(jīng)過多路電荷放大器調(diào)理，輸出到以Pic接口連接到計算機的高速A/D采集卡，其后依照相應(yīng)的控制策略控制多路交替驅(qū)動恒流源驅(qū)動多路形狀記憶合金驅(qū)動單元工作，從而對實驗?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生控制作用力，實現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的實時抵消，以達到主動消除或降低實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的目的。為達到上述目的，實現(xiàn)多路交替驅(qū)動SMA的恒流源裝置，本發(fā)明采用如下技術(shù)方
多路寬量程SMA驅(qū)動恒流源，由儀器外殼、單片機和外圍電路組成，儀器外殼設(shè)有前面板、后面板，其前面板布設(shè)有四路恒流源輸出接口及液晶顯示，后面板布設(shè)有電源接口、 風(fēng)扇設(shè)備、以及串行485通信接口 ；所述的單片機和外圍電路一片Microchip公司的 PIC18F4620單片機的PA/PB腳經(jīng)一個D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5615和基準電壓芯片LM385-2. 5連接組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、與一個放大器0P07連接組成的放大和跟隨電路、放大器0P07經(jīng)一個TI公司功率放大器0PA549芯片與高精度采樣電阻連接組成的恒流源電路、一個TOPWAY 的320*240的LM2088EFW-C液晶屏連接單片機的H)腳組成的人機接口電路、單片機的RC6/ RC7腳連接由美信485構(gòu)成的通信接口電路，單片機的VCC腳連接一個穩(wěn)壓源LM7805CK構(gòu)成?；鶞孰妷盒酒琇M385-2. 5的8腳接D/A芯片TLC5615的參考電壓REFIN輸入端，TLC5615 的SCLK、DIN兩個個引腳分別與單片機PIC18F4620的PB2、PB1相連接，TLC5615的CS腳通過20腳插排分別與單片機PIC18F4620的PB3 PB7端口和ΡΑ(ΓΡΑ2相連接，通過程序選擇各路恒流源的片選信號CS。放大器0Ρ07的正向端接在TLC5615的Vout電壓輸出端，經(jīng)跟隨放大電路后輸入V/I轉(zhuǎn)換模塊0ΡΑ549的4腳。根據(jù)V/I轉(zhuǎn)換電路中采用的采樣電阻的阻值大小，設(shè)定跟隨與放大電路的倍數(shù)。V/I轉(zhuǎn)換模塊0ΡΑ549將來自0Ρ07的電壓信號輸入轉(zhuǎn)換，其輸出端接液晶在前面板顯示，并在前面板的輸出端子輸出。實驗證明本發(fā)明設(shè)計的機敏結(jié)構(gòu)振動控制SMA驅(qū)動恒流源，恒流效果好、控制精度高，適宜分布式多通道控制實驗要求，經(jīng)過長時間的實際測試和運行，穩(wěn)定性良好，并具有很高的可靠性。機敏結(jié)構(gòu)主動控制的SMA交替驅(qū)動裝置，其特征在于所述多路SMA驅(qū)動單元通過多次試驗，根據(jù)實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的物理形狀，使每個SMA驅(qū)動單元與實驗?zāi)Ｐ陀?個連接點， 通過螺絲與模型結(jié)構(gòu)連接；并使每一路SMA驅(qū)動單元與多路驅(qū)動恒流源連接，使用于多種控制策略的實驗要求。一種機敏結(jié)構(gòu)主動控制的SMA交替驅(qū)動方法，其特征在于操作步驟如下
(1)調(diào)整安裝有多路SMA驅(qū)動單元的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)吊裝高度和位置，將激振器和實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)相連接；
(2)啟動任意函數(shù)信號發(fā)生器和信號功率放大器，并設(shè)置激勵信號的頻率和幅值；
(3)啟動激振器，通過電荷放大器調(diào)整增益，對實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)進行激振；
(4)開啟數(shù)字示波器及高性能計算機，通過多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)振動響應(yīng)信號；
(5)根據(jù)結(jié)構(gòu)振動信號，選擇不同的控制策略，控制多路交替驅(qū)動恒流源對多路SMA驅(qū)動單元進行交替驅(qū)動；
(6)從高性能計算機或示波器觀測安裝有多路SMA驅(qū)動單元的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)振動控制效果;
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點
(I)本發(fā)明多路交替驅(qū)動橫流源具有很好的恒流控制效果，對于智能結(jié)構(gòu)中形狀記憶合金絲SMA的驅(qū)動效果良好，并適用于其它需要多路大電流恒流源的科研場合。為基于SMA 機敏材料的智能結(jié)構(gòu)主動控制研究，提供了重要的實驗手段和組成單元。(2)采用機敏結(jié)構(gòu)中多路驅(qū)動恒流源交替驅(qū)動SMA驅(qū)動單元，可以降低SMA熱滯現(xiàn)象，提高SMA動態(tài)響應(yīng)速度，達到抑制振動的效果。(3)本發(fā)明所完成的實驗裝置及所提出的實驗方法，可用于驗證各種驅(qū)動SMA機敏結(jié)構(gòu)的振動主動控制算法有效性及實用性，并靈活實現(xiàn)各種控制策略，為基于SMA驅(qū)動單元的振動主動實驗研究提供了一個開放的硬件與軟件平臺。附圖
表說明
圖I為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施實例結(jié)構(gòu)示意2為多路驅(qū)動恒流源電路原理框3為D/A轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)4為信號跟隨與放大電路圖5為V/I轉(zhuǎn)換電路
圖6為受控試驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)振動控制時間歷程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表達的范圍。實施例一
參見圖I。本機敏結(jié)構(gòu)振動主動控制的形狀記憶合金驅(qū)動裝置，包括一個固定支撐架構(gòu)(I)、一個安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)、一塊A/D數(shù)據(jù)采集卡(4)、一臺任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)、一臺信號功率放大器￠)、兩臺多路交替驅(qū)動恒流源(7)、一套多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)、一臺激振器(9)、多臺電荷放大器(10)、一臺高性能計算機(11)和一臺數(shù)字示波器(12)，其特征在于所述計算機(11)通過兩臺多路交替驅(qū)動恒流源(7)連接多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)，計算機(11)帶有采集卡并連接數(shù)字示波器(12)，A/D數(shù)據(jù)采集卡(4)通過多路電荷放大器(10)連接多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)，多組PZT傳感網(wǎng)絡(luò)(8)粘貼在實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)上，所述任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)經(jīng)信號功率放大器(6)和激振器(9)連接，通過連桿與實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)連接；通過兩臺多路交替驅(qū)動恒流源(7)實現(xiàn)對多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)不同控制策略的驅(qū)動；使用橡皮繩將安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)的實驗?zāi)Ｐ?3)吊裝在固定支撐架構(gòu)(I)上；任意函數(shù)發(fā)生器(5)發(fā)出的信號經(jīng)功率放大器(6)放大后輸入激振器(9)，激振器(9)對模型結(jié)構(gòu)(3)施加激勵；粘貼在模型結(jié)構(gòu)(3)上的多路PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)檢測到結(jié)構(gòu)振動信號，經(jīng)過多路電荷放大器(10)調(diào)理，輸出到以PIC接口連接到計算機(11)的高速A/D采集卡(4)，其后依照相應(yīng)的控制策略控制多路交替驅(qū)動恒流源(7)驅(qū)動多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)工作，從而對實驗?zāi)Ｐ?3)產(chǎn)生控制作用力，實現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的實時抵消，以達到主動消除或降低實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)⑶振動響應(yīng)的目的。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下參見圖I和圖2，所述多路交替驅(qū)動恒流源(7)，由儀器外殼、單片機(10)和外圍電路組成，儀器外殼設(shè)有前面板、后面板，其前面板布設(shè)有四路恒流源輸出接口及液晶顯示，后面板布設(shè)有電源接口、風(fēng)扇設(shè)備、以及串行 485通信接口 ；所述的單片機(10)和外圍電路一片Microchip公司的PIC18F4620單片機
(10)的PA/PB腳經(jīng)一個D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5615(20)和基準電壓芯片LM385-2. 5 (30)連接組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、與一個放大器0P07 (40)連接組成的放大和跟隨電路、放大器0P07 (40) 經(jīng)一個TI公司功率放大器0PA549芯片(50 )與高精度采樣電阻(60 )連接組成的恒流源電路、一個TOPWAY的320*240的LM2088EFW-C液晶屏(70 )連接單片機(10 )的H)腳組成的人機接口電路、單片機(10)的此6/1^7腳連接由美信485(80)構(gòu)成的通信接口電路，單片機(10)的VCC腳連接一個穩(wěn)壓源LM78O5CK(1O0)構(gòu)成。所述多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)通過多次試驗，根據(jù)實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的物理形狀，使每個形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)在實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)有5個連接點，通過螺絲與實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)連接；并使每一路形狀記憶合金驅(qū)動單元與多路交替驅(qū)動恒流源(7)連接，使用于多種控制策略的實驗要求。實施例三
如圖I所示，一種機敏結(jié)構(gòu)主動控制的SMA交替驅(qū)動裝置，發(fā)明裝置主要由固定支撐架構(gòu)(I)、安裝有多路SMA驅(qū)動單元(2)的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)、一塊A/D數(shù)據(jù)采集卡
(4)(型號PCI-1712生產(chǎn)單位研華科技有限公司)、一臺任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)(型號Angilent-33220A生產(chǎn)單位安捷倫儀器有限公司)、一臺信號功率放大器(6)(型號 YE5872生產(chǎn)單位江蘇聯(lián)能電子技術(shù)有限公司)、兩臺多路交替驅(qū)動恒流源(7)、一套多組 PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)、一臺激振器(9)(型號JZK - 10生產(chǎn)單位江蘇聯(lián)能電子有限公司)、 多路電荷放大器(10)(型號YE5852A生產(chǎn)單位江蘇聯(lián)能電子有限公司)、一臺高性能計算機(11)(型號1500-7255生產(chǎn)單位方正科技集團股份有限公司)、一臺數(shù)字示波器(12) (型號⑶S-840C生產(chǎn)單位固緯電子實業(yè)股份有限公司)等組成。本實施實例通過使用橡皮繩將安裝有多路SMA驅(qū)動單元(2)的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3) 吊裝在固定支撐架構(gòu)(I)上；任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)與信號功率放大器(6)相連接，信號功率放大器(6)連接至激振器(9)，激振器(9)通過連桿與實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)連接，對實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)施加激勵；粘貼在實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)上的多路PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)檢測到結(jié)構(gòu)振動信號，經(jīng)過多路電荷放大器(10)調(diào)理，輸出到以PIC接口連接到計算機(11)的高速 A/D采集卡(4)，其后依照相應(yīng)的控制策略控制多路交替驅(qū)動恒流源(7)驅(qū)動多路SMA驅(qū)動單元工作，從而對實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)產(chǎn)生控制作用力，實現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的實時抵消， 以達到主動消除或降低實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)振動響應(yīng)的目的。本實施例的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)⑶的框架選用鋁合金材料密度為
2700Ag/ 3 ,楊氏模量為7.0xl01Cli^，泊松比為O. 33，長1500mm，高度為160mm，左邊寬邊
長500mm，右邊寬邊為350mm。該框架的長邊兩邊支撐，中間為斜過渡，同時在中間橫梁加 IOkg的力時，該框架在高度方向上整體變形，寬度方向上基本不變形，長度方向上也不變形，最大撓度為25mm，機身蒙皮結(jié)構(gòu)選用環(huán)氧樹脂板材料，材料密度為1730Ag/ 3 ,楊氏模量為2.0χ10ωΛ，泊松比為O. 16，尺寸為464'794'384，能夠在實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)振動時有較大變形。本實施例中SMA驅(qū)動單元由直徑為O. 5mm的單程NI-TI記憶合金絲制作而成，先進行熱冷循環(huán)實驗，使其力學(xué)行為達到穩(wěn)定，然后截取長度為794_的形狀記憶合金絲，進行預(yù)應(yīng)變，形變?yōu)?%，拉伸后記憶合金絲長度為803mm，并測得單根預(yù)拉伸SMA絲電阻為
3.163 □。在基體材料板上共布置16預(yù)拉伸SMA絲，兩端分別用接頭螺絲進行固定并接出驅(qū)動導(dǎo)線端，同時在環(huán)氧樹脂板上打2個孔，并通過螺絲使SMA驅(qū)動單元與環(huán)氧樹脂板連接，如此形成一種SMA驅(qū)動機敏柔板結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，將所設(shè)計制作的SMA驅(qū)動機敏柔板結(jié)構(gòu)，安裝在實驗?zāi)Ｐ涂蚣苌弦詷?gòu)成機敏蒙皮結(jié)構(gòu)，粘貼4個PZT壓電片作為結(jié)構(gòu)振動檢測傳感器，尺寸為20 μ X 6mn x OAmm。本實施例中多路驅(qū)動恒流源由儀器外殼、單片機和外圍電路及單片機軟件程序組成。儀器外殼設(shè)有前面板，前面板上布設(shè)有多路恒流源輸出接口端子及液晶顯示。后面板設(shè)置有電源接口、為散熱而安裝的風(fēng)扇、串行通信485接口。所述的單片機和外圍電路，包括Microchip公司的PIC18F4620單片機(I)、D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5615 (2)和基準電壓芯片 LM385-2. 5(3)組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、放大器0P07 (4)組成的放大和跟隨電路、TI公司功率放大器0PA549芯片(5)和高精度采樣電阻(6)組成的恒流源電路、TOPffAY的320*240的 LM2088EFW-C液晶屏(7)組成的人機接口電路、由美信485 (8)構(gòu)成的通信接口電路、以及過熱和過流保護電路(9)及裝置、穩(wěn)壓源LM7805CK(10)。電路框架如圖2所示。基準電壓芯片LM385-2. 5的8腳接D/A芯片TLC5615的參考電壓REFIN輸入端，TLC5615的SCLK、 DIN兩個個引腳分別與單片機PIC18F4620的PB2、PB1相連接，TLC5615的CS腳通過20腳插排分別與單片機PIC18F4620的PB3 PB7端口和ΡΑ(ΓΡΑ2相連接，通過程序選擇各路恒流源的片選信號CS。組成的D/A轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。放大器0Ρ07的正向端接在TLC5615 的Vout電壓輸出端，經(jīng)跟隨放大電路后輸入V/I轉(zhuǎn)換模塊0ΡΑ549的4腳。根據(jù)V/I轉(zhuǎn)換電路中采用的采樣電阻的阻值大小，設(shè)定跟隨與放大電路的倍數(shù)。組成信號跟隨與放大電路如圖4所示。V/1轉(zhuǎn)換模塊0ΡΑ549將來自0Ρ07的電壓信號輸入轉(zhuǎn)換，其輸出端接液晶在前面板顯示，并在前面板的輸出端子輸出。V/I轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。應(yīng)用上述的實驗裝置進行實驗的方法包括如下步驟
(1)調(diào)整實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(I)吊裝高度和位置，將激振器(5)和實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(2)框架結(jié)構(gòu)相連接；
(2)啟動任意函數(shù)信號發(fā)生器(12)，并設(shè)置激振信號的頻率和幅值；為取得特征信號的振動響應(yīng)特性，一般是激振頻率設(shè)定為實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的固有頻率；
(3)啟動激振器(5)，對實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(2)進行激振；具體方法為啟動和激振器(5)相連接的功率放大器(6)，調(diào)整增益，對實驗?zāi)Ｐ偷目蚣芙Y(jié)構(gòu)施加振動激勵；
(4)開啟電荷放大器(7)、數(shù)字示波器(8)及計算機(11)，獲取實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(2)振動響應(yīng)信號；具體方法為開啟電荷放大器(10)，通過與之相連接的數(shù)字示波器(12)直接觀測采集到的電壓信號，通過插有A/D采集卡(4)的計算機(11)采集振動信號；
(5)選擇控制算法，并啟動控制；(6)從計算機(11)或使用示波器觀測實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(2)振動控制效果。利用上述試驗裝置和方法，對SMA交替激勵驅(qū)動，并基于實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)進行了分析和驗證。圖6為實驗?zāi)Ｐ驼駝涌刂茣r間歷程圖，從圖中分析表明基于SMA交替驅(qū)動的機敏結(jié)構(gòu)振動主動控制后，實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)得到了明顯的抑制。
權(quán)利要求
1.一種機敏結(jié)構(gòu)主動控制的形狀記憶合金驅(qū)動裝置，包括一個固定支撐架構(gòu)(I)、一個安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)、一塊A/D數(shù)據(jù)采集卡(4)、 一臺任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)、一臺信號功率放大器￠)、兩臺多路交替驅(qū)動恒流源(7)、 一套多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)、一臺激振器(9)、多臺電荷放大器(10)、一臺高性能計算機(11)和一臺數(shù)字示波器(12)，其特征在于所述計算機(11)通過兩臺多路交替驅(qū)動恒流源(7)連接多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)，計算機(11)帶有采集卡并連接數(shù)字示波器(12)， A/D數(shù)據(jù)采集卡(4)通過多路電荷放大器(10)連接多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)，多組PZT傳感網(wǎng)絡(luò)(8)粘貼在實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)上，所述任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)經(jīng)信號功率放大器(6) 和激振器(9)連接，通過連桿與實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)連接；通過兩臺多路交替驅(qū)動恒流源(7) 實現(xiàn)對多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)不同控制策略的驅(qū)動；使用橡皮繩將安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)的實驗?zāi)Ｐ?3)吊裝在固定支撐架構(gòu)(I)上；任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)發(fā)出的信號經(jīng)功率放大器(6)放大后輸入激振器(9)，激振器(9)對模型結(jié)構(gòu)(3)施加激勵；粘貼在模型結(jié)構(gòu)(3)上的多路PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)檢測到結(jié)構(gòu)振動信號，經(jīng)過多路電荷放大器(10)調(diào)理，輸出到以PIC接口連接到計算機(11)的高速A/D采集卡(4)，其后依照相應(yīng)的控制策略控制多路交替驅(qū)動恒流源(7)驅(qū)動多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)工作，從而對實驗?zāi)Ｐ?3)產(chǎn)生控制作用力，實現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的實時抵消，以達到主動消除或降低實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)振動響應(yīng)的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機敏結(jié)構(gòu)振動主動控制的形狀記憶合金驅(qū)動裝置，其特征在于所述多路交替驅(qū)動恒流源(7)，由儀器外殼、單片機(10)和外圍電路組成，儀器外殼設(shè)有前面板、后面板，其前面板布設(shè)有四路恒流源輸出接口及液晶顯示，后面板布設(shè)有電源接口、風(fēng)扇設(shè)備、以及串行485通信接口 ；所述的單片機(10)和外圍電路一片Microchip公司的PIC18F4620單片機(10)的PA/PB腳經(jīng)一個D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5615 (20 )和基準電壓芯片LM385-2. 5 (30 )連接組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、與一個放大器0P07 (40 )連接組成的放大和跟隨電路、放大器OPO7(40)經(jīng)一個TI公司功率放大器0PA549芯片(50)與高精度采樣電阻(60)連接組成的恒流源電路、一個TOPWAY的320*240的LM2088EFW-C液晶屏(70 )連接單片機(10)的H)腳組成的人機接口電路、單片機(10)的此6/1^7腳連接由美信485(80) 構(gòu)成的通信接口電路，單片機(10)的VCC腳連接一個穩(wěn)壓源LM78O5CK(1O0)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機敏結(jié)構(gòu)主動控制的形狀記憶合金驅(qū)動裝置，其特征在于所述多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)通過多次試驗，根據(jù)實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的物理形狀，使每個形狀記憶合金驅(qū)動單元在實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)有5個連接點，通過螺絲與實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3) 連接；并使每一路形狀記憶合金驅(qū)動單元與多路交替驅(qū)動恒流源(7)連接，使用于多種控制策略的實驗要求。
4.一種采用權(quán)利要求I所述的機敏結(jié)構(gòu)主動控制的形狀記憶合金驅(qū)動方法，其特征在于操作步驟如下(1)調(diào)整安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)的吊裝高度和位置，將激振器(9)和模型結(jié)構(gòu)(3)相連接；(2)啟動任意函數(shù)信號發(fā)生器(5)和信號功率放大器￠)，并設(shè)置激勵信號的頻率和幅值；(3)啟動激振器(9)，對實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)進行激振；(4)開啟電荷放大器(10)，數(shù)字示波器(12)及高性能計算機(11)，通過多組PZT傳感器網(wǎng)絡(luò)(8)獲取實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)振動響應(yīng)信號；(5)根據(jù)結(jié)構(gòu)振動信號，選擇不同的控制策略，控制多路交替驅(qū)動恒流源(7)對多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2)進行交替驅(qū)動；(6)從高性能計算機(11)或示波器(12)觀測安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元(2) 的實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)(3)的振動響應(yīng)控制效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機敏結(jié)構(gòu)主動控制的形狀記憶合金驅(qū)動裝置與方法。本實驗裝置將安裝有多路形狀記憶合金驅(qū)動單元的實驗?zāi)Ｐ偷跹b在鋁合金外框架上，通過連接功率放大器的函數(shù)信號發(fā)生器驅(qū)動固定在鋁合金外框架上的激振器，使與激振器相連接的機身模型產(chǎn)生振動響應(yīng)，通過壓電傳感器采集振動響應(yīng)信號，經(jīng)過插有數(shù)據(jù)采集卡的計算機運算產(chǎn)生輸出至多路驅(qū)動恒流源，交替驅(qū)動復(fù)合于實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的多路形狀記憶合金驅(qū)動單元。本發(fā)明方法為通過上位機的控制算法設(shè)置不同的控制策略，通過多路驅(qū)動恒流源交替驅(qū)動多路形狀記憶合金驅(qū)動單元，達到抑制結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的效果。本裝置與方法結(jié)合軟件開發(fā)和功能設(shè)計，完全實現(xiàn)了多路多機的恒流驅(qū)動能力，且具有使用方便和可靠穩(wěn)定的特點，從而為基于形狀記憶合金機敏材料的智能結(jié)構(gòu)主動控制研究，提供了重要的實驗手段和組成單元。
文檔編號G05B19/042GK102591236SQ20121004335
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者唐頔, 姜恩宇, 張合生, 朱曉錦, 邵勇 申請人:上海大學(xué)