一種大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置,具體是大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁的運動及振動控制實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在實際工程中,直升機旋翼、柔性機械臂、航空發(fā)動機葉片、風(fēng)力旋轉(zhuǎn)葉片等一類結(jié)構(gòu)的動力學(xué)行為均可簡化為做大范圍旋轉(zhuǎn)運動的中心剛體-柔性梁系統(tǒng)。這種典型的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)系統(tǒng)在大范圍運動的同時會產(chǎn)生自身的小變形彈性振動,這兩種運動相互耦合、相互影響,會對系統(tǒng)造成很大影響。因此設(shè)計出大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁的實驗裝置,在此裝置的基礎(chǔ)上實現(xiàn)柔性梁的動力學(xué)特性分析、運動及振動控制具有重要意義。
[0003]查閱現(xiàn)有的文獻及專利,對此類實驗裝置的研究比較少,大多集中于小范圍運動的柔性梁實驗裝置及方法的研究,例如上海交通大學(xué)孟光等提交的專利(申請?zhí)?CN200410067808.8)設(shè)計了一種非慣性系下柔性懸臂梁的運動控制和振動控制實驗系統(tǒng),華南理工大學(xué)邱志成等提交的專利(申請?zhí)?CN201410196846.7)設(shè)計一種旋轉(zhuǎn)柔性鉸接梁的振動測量控制裝置與方法。以上的專利都是只針對較小范圍的旋轉(zhuǎn)柔性梁的實驗平臺,此類裝置由于運動范圍小,對柔性梁上的傳感器的數(shù)據(jù)采集可以使用有線的形式,當(dāng)旋轉(zhuǎn)柔性梁進行大范圍運動時,這些傳感器的導(dǎo)線會阻礙柔性梁的旋轉(zhuǎn)運動,影響實驗的開展。因此,需要設(shè)計一種新的實驗裝置,實現(xiàn)大范圍運動情況下柔性梁的振動特性數(shù)據(jù)采集,并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)運動及振動控制具有一定的現(xiàn)實意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本實用新型提供設(shè)計了一種大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置,能夠在柔性梁大范圍運動時實現(xiàn)振動特性數(shù)據(jù)的采集、運動及振動控制。
[0005]本實用新型采取的技術(shù)方案和內(nèi)容如下:
[0006]大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置,系統(tǒng)包括柔性梁、應(yīng)變片、無線應(yīng)變采集器、夾具、伺服電機、編碼器、底座、支架、無線接收模塊、運動控制器、計算機。
[0007]所述的伺服電機通過支架固定在底座上,編碼器固定在伺服電機上,夾具與伺服電機轉(zhuǎn)軸同軸連接,夾具上安裝無線應(yīng)變采集器;
[0008]所述的無線應(yīng)變采集器安裝于夾具上,通過導(dǎo)線與粘貼在柔性梁上的應(yīng)變片相連。
[0009]大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置,具體實現(xiàn)過程如下:
[0010]伺服電機通過夾具驅(qū)動柔性梁轉(zhuǎn)動,由編碼器檢測伺服電機的轉(zhuǎn)角,并將數(shù)據(jù)傳遞給運動控制器,計算機通過運動控制器讀取編碼器的數(shù)據(jù);
[0011]所述的無線應(yīng)變采集器通過導(dǎo)線將與其相連的應(yīng)變片的檢測數(shù)據(jù)發(fā)射出去,由無線接收模塊接收數(shù)據(jù)并傳遞給計算機;
[0012]計算機根據(jù)實時采集的應(yīng)變片和編碼器的數(shù)據(jù)進行柔性梁的動力學(xué)特性分析、運動與振動控制。
[0013]有益效果:本實用新型采用無線數(shù)據(jù)發(fā)射裝置和無線數(shù)據(jù)接收裝置,代替了現(xiàn)有裝置中的導(dǎo)線,實現(xiàn)了柔性梁上應(yīng)變片檢測數(shù)據(jù)的無線傳輸,避免了柔性梁在大范圍運動時導(dǎo)線阻礙運動的問題。本實驗裝置適用于大范圍運動柔性梁的動力學(xué)特性分析中,且能夠?qū)崿F(xiàn)柔性梁運動及振動控制實驗研究。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0015]圖2為本實用新型的信號傳遞關(guān)系示意圖。
[0016]圖中:1、柔性梁,2、應(yīng)變片,3、無線應(yīng)變采集器,4、夾具,5、伺服電機,6、編碼器,7、底座,8、支架,9、無線接收模塊,10、運動控制器,11、計算機。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0018]如圖1所示,大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置,它包括柔性梁1、應(yīng)變片2、無線應(yīng)變采集器3、夾具4、伺服電機5、編碼器6、底座7、支架8、無線接收模塊9、運動控制器10、計算機11。由于旋轉(zhuǎn)柔性梁1的根部應(yīng)變較大,將應(yīng)變片2粘貼在柔性梁1靠近根部的位置,應(yīng)變片2和無線應(yīng)變采集器3之間通過導(dǎo)線連接,無線應(yīng)變采集器3安裝在夾具4上。夾具4與伺服電機5轉(zhuǎn)軸同軸連接,伺服電機5通過支架8固定在底座7上,編碼器6固定在伺服電機5上。無線接收模塊9與計算機11連接,編碼器6與運動控制器10連接,運動控制器10與計算機11雙向通信連接,計算機11通過控制運動控制器10,實現(xiàn)最終的柔性梁1的運動及振動控制。
[0019]柔性梁1采用不銹鋼制成,規(guī)格為1000mm X 35mm X 2mm ;應(yīng)變片2的橋路選擇半橋方式(1片工作片,1片補償片),用于測量柔性梁1轉(zhuǎn)動過程中的應(yīng)變;夾具5、支架8、底座7均根據(jù)需要定制而成。
[0020]如圖2所示,所述的無線應(yīng)變采集器3由電荷放大器3-1、A/D轉(zhuǎn)換3_2、FPGA數(shù)據(jù)采集3-3、無線發(fā)射模塊3-4組成,根據(jù)需求定制;運動控制器10由電機驅(qū)動器10-1和運動控制卡10-2組成,電機驅(qū)動器10-1型號為DSD30,運動控制卡10_2型號為GTS-400-PV-PCI ;伺服電機5為400W的交流伺服電機,型號為60ST-M01330,編碼器6為伺服電機5自帶的2500線光電脈沖編碼器。
[0021]計算機11通過運動控制器10將設(shè)定的伺服電機5的轉(zhuǎn)角位置或速度量轉(zhuǎn)換成電壓信號控制伺服電機5旋轉(zhuǎn),伺服電機5通過與其電機軸同軸連接的夾具4驅(qū)動柔性梁1轉(zhuǎn)動。柔性梁1在做大范圍運動的同時會產(chǎn)生彈性變形,由粘貼在柔性梁1上的應(yīng)變片2檢測柔性梁1的應(yīng)變。應(yīng)變片2檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)無線應(yīng)變采集器3發(fā)射出去,由無線接收模塊9接收應(yīng)變片2的數(shù)據(jù),并傳遞給計算機11。編碼器6采集伺服電機5的轉(zhuǎn)角(即柔性梁1的轉(zhuǎn)角),由運動控制器10中的運動控制卡10-2讀取編碼器6的數(shù)據(jù),運動控制卡10-2與計算機11雙向通信,計算機11通過運動控制卡10-2實時讀取編碼器6的數(shù)據(jù)。
[0022]根據(jù)假設(shè)模態(tài)法和拉格朗日方程可以建立柔性梁1的動力學(xué)模型,由相關(guān)的建模理論可知,柔性梁1的第1階彈性振動模態(tài)在其振動變形量中占主導(dǎo)地位,截取第1階模態(tài),可以得到柔性梁1上的應(yīng)變片2粘貼位置處的應(yīng)變。引入計算機11實時采集的應(yīng)變片2和編碼器6的檢測數(shù)據(jù)作為反饋量,通過計算機11控制運動控制器10,實現(xiàn)柔性梁1的運動及振動控制。另外,計算機11根據(jù)實時采集的應(yīng)變片2和編碼器6的數(shù)據(jù)進行柔性梁1的動力學(xué)特性分析。
【主權(quán)項】
1.一種大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置其特征在于:它包括柔性梁(1)、應(yīng)變片(2)、無線應(yīng)變采集器(3)、夾具(4)、伺服電機(5)、編碼器(6)、底座(7)、支架(8)、無線接收模塊(9)、運動控制器(10)、計算機(11)。所述的伺服電機(5)通過支架(8)固定在底座(7)上,編碼器(6)固定在伺服電機(5)上,夾具(4)與伺服電機(5)轉(zhuǎn)軸同軸連接,夾具(4)上安裝無線應(yīng)變采集器(3);所述的無線應(yīng)變采集器(3)安裝于夾具(4)上,通過導(dǎo)線與粘貼在柔性梁(1)上的應(yīng)變片(2)相連。
【專利摘要】一種大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性梁實驗裝置,在連接柔性梁和驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)軸的夾具上安裝一個無線應(yīng)變采集器,通過此無線應(yīng)變采集器將粘貼在柔性梁上應(yīng)變片的測量數(shù)據(jù)發(fā)射出去,由無線接收模塊將接收到的數(shù)據(jù)傳遞給計算機。由編碼器檢測伺服電機的轉(zhuǎn)角并傳遞給運動控制器,計算機通過運動控制器讀取編碼器的數(shù)據(jù),計算機結(jié)合接收到的應(yīng)變片數(shù)據(jù)實現(xiàn)柔性梁的運動及振動控制。本實用新型能較好的實現(xiàn)大范圍運動時柔性梁的運動與振動控制實驗研究,有助于在柔性梁大范圍運動時的動力學(xué)特性分析、運動及振動控制等相關(guān)問題的研究。
【IPC分類】G01M13/00
【公開號】CN205038042
【申請?zhí)枴緾N201520776687
【發(fā)明人】趙偉杰, 路恩, 嚴治威
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月9日