一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種振動主動控制平臺，具體涉及一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]振動主動控制平臺廣泛應(yīng)用于航天航空、生物工程、光學(xué)、冶金等領(lǐng)域，用于消除不利振動對結(jié)構(gòu)的危害或提供特定的有利振動環(huán)境，新型振動主動控制平臺的設(shè)計(jì)與研制具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)及科研價(jià)值?，F(xiàn)有的振動主動控制平臺多為基于音圈電機(jī)的電磁式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，發(fā)熱量大，不適于長時(shí)間工作，且分辨率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺及方法，通過四個驅(qū)動機(jī)構(gòu)的兩兩協(xié)同作動，實(shí)現(xiàn)振動主動控制，該振動主動控制平臺具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，發(fā)熱少，功耗低，控制精度高等特點(diǎn)，在航天航空、生物工程、光學(xué)等精密儀器的振動控制領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺:包括位于在XOY平面內(nèi)的下基板5和上振動平臺I，設(shè)置在下基板5和上振動平臺I間的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu);所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于XOZ平面內(nèi)并關(guān)于Y軸對稱，所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于YOZ平面內(nèi)并關(guān)于X軸對稱;所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)的上端均通過柔性鉸鏈2與上振動平臺I連接，下端放置在下基板5;所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別包括第一片彈簧11和粘貼在第一片彈簧11上的第一壓電粗纖維復(fù)合材料12、第二片彈簧4和粘貼在第二片彈簧4上的第二壓電粗纖維復(fù)合材料3、第三片彈簧7和粘貼在第三片彈簧7上的第三壓電粗纖維復(fù)合材料6以及第四片彈簧8和粘貼在第四片彈簧8上的第四壓電粗纖維復(fù)合材料9。
[0006]所述第一片彈簧11、第二片彈簧4、第三片彈簧7和第四片彈簧8均為凹面朝內(nèi)。
[0007]所述第一片彈簧11、第二片彈簧4、第三片彈簧7和第四片彈簧8分別與第一壓電粗纖維復(fù)合材料12、第二壓電粗纖維復(fù)合材料3、第三壓電粗纖維復(fù)合材料6和第四壓電粗纖維復(fù)合材料9通過結(jié)構(gòu)膠固定在一起。
[0008]上述所述的一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺的振動主動控制方法，首先對第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第一壓電粗纖維復(fù)合材料12通正電壓，第一壓電粗纖維復(fù)合材料12在逆壓電效應(yīng)作用下將伸長，使第一片彈簧11的弧跨距縮短，同時(shí)對第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第三壓電粗纖維復(fù)合材料6通負(fù)電壓，第三壓電粗纖維復(fù)合材料6在逆壓電效應(yīng)作用下將縮短，使第三片彈簧7的弧跨距伸長，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)協(xié)同作動，控制上振動平臺I繞Y軸旋轉(zhuǎn)；同理第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)協(xié)同作動，控制上振動平臺I繞X軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)振動平臺的振動主動控制。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]壓電粗纖維復(fù)合材料通過結(jié)構(gòu)膠與片彈簧固定在一起，結(jié)構(gòu)簡單重量輕；
[0011]壓電粗纖維復(fù)合材料具有柔性好、耐久性強(qiáng)、輸出精度高等優(yōu)點(diǎn)，基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺控制精度高;通過四個驅(qū)動機(jī)構(gòu)的兩兩協(xié)同作動，實(shí)現(xiàn)的振動主動控制。該振動主動控制平臺在航天航空、生物工程、光學(xué)等精密儀器的振動控制領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]附圖所示為本發(fā)明振動主動控制平臺結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0014]如附圖所示，本發(fā)明一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺:包括位于在XOY平面內(nèi)的下基板5和上振動平臺I，設(shè)置在下基板5和上振動平臺I間的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu);所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于XOZ平面內(nèi)并關(guān)于Y軸對稱，所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于YOZ平面內(nèi)并關(guān)于X軸對稱;所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)的上端均通過柔性鉸鏈2與上振動平臺I連接，下端放置在下基板5;所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別包括第一片彈簧11和粘貼在第一片彈簧11上的第一壓電粗纖維復(fù)合材料12、第二片彈簧4和粘貼在第二片彈簧4上的第二壓電粗纖維復(fù)合材料3、第三片彈簧7和粘貼在第三片彈簧7上的第三壓電粗纖維復(fù)合材料6以及第四片彈簧8和粘貼在第四片彈簧8上的第四壓電粗纖維復(fù)合材料9。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一片彈簧11、第二片彈簧4、第三片彈簧7和第四片彈簧8均為凹面朝內(nèi)；結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。
[0016]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一片彈簧11、第二片彈簧4、第三片彈簧7和第四片彈簧8分別與第一壓電粗纖維復(fù)合材料12、第二壓電粗纖維復(fù)合材料3、第三壓電粗纖維復(fù)合材料6和第四壓電粗纖維復(fù)合材料9通過結(jié)構(gòu)膠固定在一起，結(jié)構(gòu)膠可以將壓電粗纖維復(fù)合材料的作動力很好地傳遞到片彈簧上。
[0017]如附圖所示，本發(fā)明一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺的振動主動控制方法，首先對第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第一壓電粗纖維復(fù)合材料12通正電壓，第一壓電粗纖維復(fù)合材料12在逆壓電效應(yīng)作用下將伸長，使第一片彈簧11的弧跨距縮短，同時(shí)對第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第三壓電粗纖維復(fù)合材料6通負(fù)電壓，第三壓電粗纖維復(fù)合材料6在逆壓電效應(yīng)作用下將縮短，使第三片彈簧7的弧跨距伸長，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)協(xié)同作動，控制上振動平臺I繞Y軸旋轉(zhuǎn)；同理第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)協(xié)同作動，控制上振動平臺I繞X軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)振動平臺的振動主動控制。該振動主動控制平臺具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，發(fā)熱少，功耗低，控制精度高等特點(diǎn)，在航天航空、生物工程、光學(xué)等精密儀器的振動控制領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺，其特征在于:包括位于XOY平面內(nèi)的下基板(5)和上振動平臺(I)，設(shè)置在下基板(5)和上振動平臺(I)間的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu);所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于XOZ平面內(nèi)并關(guān)于Y軸對稱，所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)位于YOZ平面內(nèi)并關(guān)于X軸對稱；所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)的上端均通過柔性鉸鏈(2)與上振動平臺(I)連接，下端放置在下基板(5);所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)、第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)分別包括第一片彈簧(11)和粘貼在第一片彈簧(11)上的第一壓電粗纖維復(fù)合材料(12)、第二片彈簧(4)和粘貼在第二片彈簧(4)上的第二壓電粗纖維復(fù)合材料(3)、第三片彈簧(7)和粘貼在第三片彈簧(7)上的第三壓電粗纖維復(fù)合材料(6)以及第四片彈簧(8)和粘貼在第四片彈簧(8)上的第四壓電粗纖維復(fù)合材料(9)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺，其特征在于:所述第一片彈簧(11)、第二片彈簧(4)、第三片彈簧(7)和第四片彈簧(8)均為凹面朝內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺，其特征在于:所述第一片彈簧(U)、第二片彈簧(4)、第三片彈簧(7)和第四片彈簧(8)分別與第一壓電粗纖維復(fù)合材料(12)、第二壓電粗纖維復(fù)合材料(3)、第三壓電粗纖維復(fù)合材料(6)、和第四壓電粗纖維復(fù)合材料(9)通過結(jié)構(gòu)膠固定在一起。4.權(quán)利要求1所述的一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺的振動主動控制方法，其特征在于:首先對第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第一壓電粗纖維復(fù)合材料(12)通正電壓，第一壓電粗纖維復(fù)合材料(12)在逆壓電效應(yīng)作用下將伸長，使第一片彈簧(11)的弧跨距縮短，同時(shí)對第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)的第三壓電粗纖維復(fù)合材料(6)通負(fù)電壓，第三壓電粗纖維復(fù)合材料(6)在逆壓電效應(yīng)作用下將縮短，使第三片彈簧(7)的弧跨距伸長，第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)協(xié)同作動，控制上振動平臺(I)繞Y軸旋轉(zhuǎn)；同理第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)協(xié)同作動，控制上振動平臺(I)繞X軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)振動平臺的振動主動控制。
【專利摘要】一種基于壓電粗纖維復(fù)合材料的振動主動控制平臺及方法，該裝置包括在XOY平面內(nèi)的下基板和上振動平臺；在下基板和上振動平臺之間沿X軸對稱布置的第一和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及沿Y軸對稱布置的第二和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)；每個驅(qū)動機(jī)構(gòu)由柔性鉸鏈、片彈簧和片彈簧外表面粘貼的壓電粗纖維復(fù)合材料組成；當(dāng)下基板和上振動平臺之間第一和第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)的壓電粗纖維復(fù)合材料分別通正負(fù)驅(qū)動電壓，壓電粗纖維復(fù)合材料在逆壓電效應(yīng)作用下將伸長或收縮，從而帶動上振動平臺繞Y軸偏轉(zhuǎn)；當(dāng)下基板和上振動平臺之間第二和第四驅(qū)動機(jī)構(gòu)的壓電粗纖維復(fù)合材料分別通正負(fù)驅(qū)動電壓，將帶動上振動平臺繞X軸偏轉(zhuǎn)；本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，發(fā)熱少，功耗低，控制精度高等特點(diǎn)。
【IPC分類】H02N2/14
【公開號】CN105515441
【申請?zhí)枴緾N201510929232
【發(fā)明人】吳成松, 徐明龍, 周媛, 陳楠, 宋思揚(yáng), 劉開園, 張豐, 朱建陽, 張舒文
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月12日