專利名稱：氣動驅動雙擺動壓電柔性梁裝置和控制方法
技術領域：
本發明涉及柔性機器人領域，特別涉及一種氣動驅動雙擺動壓電柔性梁裝置和控制方法。
背景技術：
氣動技術與其他的傳動和控制方式相比，有如下優點氣動裝置結構簡單、輕便、 價格相對低廉、安裝維護簡單，壓力等級低，使用安全，節能，無污染，高速高效，易于實現自動化。氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓驅動相比，清潔，無污染，不需要泵站及冷卻裝置等。氣動控制回路有進口節流和出口節流的方式，系統的排氣是采用伺服閥、比例閥、以及高速開關閥的脈沖調制控制方式來實現控制。氣動控制擺動氣缸時，與伺服電機驅動相比，不需要減速器等。這樣，既降低了成本，又不會因為傳動間隙等影響精度。柔性結構應用在航天領域以及工業生產。相對于剛性結構，具有質量輕、能耗低、 效率高等優點，但柔性結構的剛度低、柔性大等特點將產生振動問題，影響控制精度。近年來，柔性結構的振動主動控制就成為當今世界普遍關注而富有挑戰性的重要課題。對應航天結構中的帆板，基本上是中心浮動本體，帶有兩翼柔性結構。需要達到指向要求，所以考慮剛柔耦合的兩個壓電柔性梁裝置指向和振動控制方法，在建立試驗裝置時，驅動方式選擇采用擺動氣缸。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于氣動驅動雙擺動壓電柔性梁裝置和控制方法，使得柔性梁結構在較大的旋轉范圍內運動，并使之在較大的工作空間上實現穩定、準確、快速的到達預設定的定位及指向，并快速抑制振動。另外，雙擺動氣缸驅動還可以通過兩只擺動氣缸擺動角度的相互補償來實現柔性梁定點指向，而不受其中某一氣缸擺動的影響。該發明的另一個目的是給出一種在建模及控制方面相對復雜的系統，為研究復雜控制算法提供試驗裝置。為達到上述目的，本發明采用如下的方法和技術方案
一種氣動驅動雙擺動壓電柔性梁的裝置，包括柔性梁本體部分、氣動驅動部分和控制部分
——柔性梁本體部分包括
柔性梁I 11，一端為自由端，另一端為固定端；柔性梁II 15，一端為自由端，另一端為固定端；柔性梁I 11與柔性梁II 15平行放置，柔性梁I 11的固定端與柔性梁II 15的固定端固定在通過擺動法蘭盤機械連接裝置II 7安裝在擺動氣缸I 1的擺動法蘭盤上；
擺動氣缸I 1、擺動氣缸II 4，擺動氣缸I 1的基座安裝在擺動法蘭盤機械連接裝置I 3 上，機械連接裝置I 3安裝在擺動氣缸II 4的擺動法蘭盤上，擺動氣缸I 1的擺動法蘭盤通過聯軸器與光電編碼器I 2的轉軸相連，光電編碼器I 2安裝在擺動法蘭盤機械連接裝置I3上；擺動氣缸II 4安裝在底座6上，其擺動法蘭通過聯軸器與固定在底座6上的光電編碼器II 5的轉軸相連；
壓電片驅動器I 8、壓電傳感器I 9分別粘貼在柔性梁I 11的固定端；壓電片驅動器
II12、壓電傳感器II 13分別粘貼在柔性梁II 15的固定端；
加速度傳感器I 10安裝在柔性梁I 11的自由端，加速度傳感器II 14安裝在柔性梁 II 15的自由端;
—氣動驅動部分，由兩個氣動通路構成，分別用于驅動擺動氣缸I 1的擺動和擺動氣缸II 4的擺動；
——控制部分，用于處理檢測到的柔性梁I 11和柔性梁II 15的轉動、振動信號，并做出相應的處理。所述壓電片驅動器I 8由4片壓電片在柔性梁I 11的兩面對稱粘貼構成，每面2 片且并聯連接；壓電片驅動器II 12由4片壓電片在柔性梁II 15的兩面對稱粘貼構成，每面2片且并聯連接；所述壓電傳感器I 9和壓電傳感器II 13各為1個，分別安裝在柔性梁 I 11和柔性梁II 15的固定端的寬度方向的中間位置。所述氣動驅動部分的氣泵16產生的高壓氣體通過氣動三聯件17穩壓后提供氣源給兩個氣動通路
——氣動通路I，高壓氣體經過氣動三聯件17后與氣動比例閥II 24的一個端口連接， 氣動比例閥II M的另外兩個端口分別與擺動氣缸I 1的左氣腔和右氣腔連接，用于驅動控制擺動氣缸I 1的擺動；
——氣動通路11，三個氣動減壓閥18與氣動三聯件17連接后，其中兩個氣動減壓閥18 與氣動兩位五通閥20的兩個端口直接連接，另外一個氣動減壓閥18連接氣動單向閥19后分兩路，一路與氣動兩位五通閥20 —個端口連接，另一路與氣動比例閥I 21連接，構成系統的排氣調節出口，氣動兩位五通閥20另外兩個端口分別經過氣動單向節流閥I 22和氣動單向節流閥II 23后與擺動氣缸II 4的左氣腔和右氣腔連接，用于驅動控制擺動氣缸II 4 的擺動。所述控制部分包括擺動氣缸I 1轉動角度控制系統、擺動氣缸II 4轉動角度控制系統、及柔性梁I 11和柔性梁II 15振動測量和主動控制系統
——擺動氣缸I 1轉動角度控制系統，通過光電編碼器I 2檢測到機械連接裝置II 7 相對擺動氣缸I 1的擺動法蘭盤機械連接裝置I 3的轉角信號，經由積分編碼的計數卡31 通道I輸入到工控計算機27，產生控制信號，經由多通道D/A轉換及1/0卡四的一個模擬量輸出通道輸出到氣動比例閥II 24，調節氣動比例閥II M的換向和進排氣流量，從而控制柔性梁I 11和柔性梁II 15的轉動；
——擺動氣缸II 4轉動角度控制系統，通過光電編碼器II 5檢測擺動法蘭盤的轉角信號，經由積分編碼的計數卡31通道II輸入到工控計算機27，產生控制信號，經由多通道D/ A轉換及1/0卡四的另一個模擬量輸出通道輸出到氣動比例閥I 21，D/A轉換及1/0卡四的開關輸出信號經由開關閥驅動電路觀輸出到氣動兩位五通閥20，調節氣動兩位五通閥 20換向和氣動比例閥I 21排氣流量，從而控制擺動氣缸II 4法蘭盤的轉動；
——柔性梁I 11和柔性梁II 15的振動測量和主動控制系統，通過壓電傳感器I 9或加速度傳感器I 10檢測柔性梁I 11的振動信號，通過壓電傳感器II 13或加速度傳感器II 14檢測柔性梁II 15的振動信號，經由多通道低頻電荷放大器25后，再經過A/D轉換卡 26輸入到工控計算機27，產生控制信號，經由多通道D/A轉換及I/O卡四的其中模擬量輸出的兩個通道，經過兩通道壓電放大電路30后分別輸出到壓電片驅動器I 8和壓電片驅動器II 12，從而分別抑制柔性梁I 11和柔性梁II 15的振動。所述裝置進行氣動驅動雙擺動的控制方法，包括如下步驟 第一步利用相應檢測元件檢測柔性梁I 11和柔性梁II 15的轉角信號；
第二步將步驟一檢測的轉角信號經積分編碼的計數卡31后進入工控計算機27進行處理，并得到相應的轉角反饋信號；
第三步將步驟二得到的轉角反饋信號經多通道D/A轉換及1/0卡四的兩個模擬量輸出通道和一個I/O輸出通道分別作用到相應的氣動比例閥I 21、氣動比例閥II對和氣動兩位五通閥20，進而控制擺動氣缸I 1和擺動氣缸II 4的轉動。該控制方法為多通道的檢測和控制，柔性梁I 11和柔性梁II 15的振動可以分別采用壓電片驅動器I 8和壓電片驅動器II 12抑制，也可采用擺動氣缸I 1和擺動氣缸II 4 的伺服動作同時實現轉角定位和振動控制。本發明相對于現有技術具有如下優點和有益效果
(1)采用雙擺動氣缸復合驅動壓電柔性梁結構，既可使得柔性梁以較大的工作空間上實現定位及指向，又可以通過兩只擺動氣缸擺動角度的相互補償來實現柔性梁定點指向， 而不受氣缸轉動的影響。(2)擺動氣缸之一氣動回路，采用進出氣節流的氣動比例閥進行控制，氣動回路結構簡單，控制精度高。擺動氣缸之二的比例閥采用背壓排氣節流控制方式，在較低氣動回路的成本情況下保證角度位置控制精度。(3)本裝置是一個多通道的輸入一輸出的檢測和控制系統，而且各控制之間相互耦合，既有模擬量輸出控制，又有開關量控制，既有氣動驅動控制，還有壓電驅動控制，利用該裝置可以很好地模擬復雜柔性結構的剛柔耦合振動控制研究。(4)本裝置既可以采用單一的SISO組合控制方式，又可以采用MIMO復合控制策略，從而實現壓電柔性梁的精確指向控制，為驗證多種復雜控制策略提供一個很好的平臺。
圖1是本發明雙擺動壓電柔性梁裝置總體結構示意圖。圖中示出1 一擺動氣缸I，2—光電編碼器I，3—擺動法蘭盤機械連接裝置I， 4一擺動氣缸II，5—光電編碼器II，6—底座，7—擺動法蘭盤機械連接裝置II，8—壓電片驅動器I，9一壓電傳感器I，10—加速度傳感器I，11一柔性梁I，12—壓電片驅動器II， 13—壓電傳感器II，14一加速度傳感器II，15—柔性梁II，16—氣泵，17—氣動三聯件，18— 氣動減壓閥，19—氣動單向閥，20—氣動兩位五通閥，21—氣動比例閥I，22—氣動單向節流閥I，23—氣動單向節流閥II，24—氣動比例閥II，25—低頻多路電荷放大器，26—A/D轉換卡，27—工控計算機，觀一開關閥驅動電路，29—D/A轉換及I/O卡，30—壓電放大電路， 31—積分編碼的計數卡。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明的實施不限于此。 實施例如圖1所示，柔性梁I 11和柔性梁II 15的一端與擺動氣缸I 1的擺動法蘭盤機械連接裝置II 7連接，另一端自由。擺動氣缸I 1的基座與擺動氣缸II 4的擺動法蘭盤機械連接裝置I 3固定連接，這樣擺動法蘭盤機械連接裝置I 3可由擺動氣缸II 4的擺動法蘭驅動進行轉動。擺動氣缸I 1的擺動法蘭盤與光電編碼器I 2的轉軸通過聯軸器連接，光電編碼器I 2與擺動氣缸I 1的基座都固定連接在擺動法蘭盤機械連接裝置I 3上，這樣可以檢測擺動氣缸I 1轉動法蘭盤的轉角。擺動氣缸II 4的擺動法蘭盤與光電編碼器II 5 的轉軸通過聯軸器連接，光電編碼器II 5與擺動氣缸II 4的基座都固定在底座6上，光電編碼器II 5可以檢測擺動氣缸II 4轉動法蘭盤的轉角。在柔性梁I 11和柔性梁II 15的固定端靠近擺動法蘭盤機械連接裝置II 7附近粘貼多片壓電陶瓷片，分別作為柔性梁I 11的壓電片驅動器I 8和壓電傳感器I 9，作為柔性梁II 15壓電片驅動器II 12和壓電傳感器II 13。壓電片驅動器I 8和壓電片驅動器II 12 分別位于柔性梁I 11和柔性梁II 15固定端附近長度方向中線上下兩側，在長度方向上距離固定端2. 5 cm，在寬度方向上距離上下柔性梁邊緣為2 cm，壓電傳感器I 9和壓電傳感器II 13分別位于柔性梁I 11和柔性梁II 15的固定端寬度方向中線，在長度方向上距離固定端7.5 cm。其中壓電傳感器I 9和壓電傳感器II 13各為1片，分別用于檢測柔性梁I 11 和柔性梁II 15的振動分別作為反饋信號；壓電片驅動器I 8和壓電片驅動器II 12分別由 4片壓電陶瓷片組成，且分別在柔性梁I 11和柔性梁II 15的雙面對稱粘貼，每面2片，并聯連接，分別對柔性梁I 11和柔性梁II 15進行振動抑制。在柔性梁I 11和柔性梁II 15的自由端分別安裝一加速度傳感器I 10和加速度傳感器II 14，也可以用來分別檢測柔性梁 I 11和柔性梁II 15的振動。氣動元件中氣泵16產生的高壓氣體通過氣動三聯件17后，分別與三個氣動減壓閥18和氣動比例閥II對相連接。三個氣動減壓閥18分別作為擺動氣缸II 4左右兩腔的驅動壓力和背壓，與一個氣動兩位五通閥20的三個端口相連，這三個端口中的一個端口、 氣動單向閥19和氣動比例閥I 21相連接構成系統的排氣調節出口，氣動兩位五通閥20的另外兩個端口分別連接氣動單向節流閥I 22和接氣動單向節流閥II 23，氣動單向節流閥
I22和氣動單向節流閥II 23分別與擺動氣缸II 4的左氣腔和右氣腔連接，構成擺動氣缸
II4的氣動通路。氣動比例閥II M與擺動氣缸I 1的左氣腔和右氣腔連接，構成擺動氣缸 I 1的氣動通路。圖1中的虛線連接表示電信號與驅動控制裝置的連接圖，實線連接表示氣動通路連接圖。在氣動轉動平臺控制系統中，利用光電編碼器I 2可以檢測柔性梁與擺動氣缸I 1 轉動擺動法蘭盤機械連接裝置II 7相對與擺動氣缸II 4的擺動法蘭盤機械連接裝置I 3的轉角和角速度信息，利用光電編碼器II 5可以檢測擺動氣缸II 4的擺動法蘭及擺動法蘭盤機械連接裝置I 3相對底座6的轉角和角速度信息。將光電編碼器I 2和光電編碼器II 5分別輸出的信號經過積分編碼的計數卡31 后進入工控計算機27。工控計算機27運行相應控制算法后，利用多通道D/A轉換及I/O卡四發送控制信號分別到氣動比例閥I 21和氣動比例閥II 24，并且通過四發送開關信號到6頁
開關閥驅動電路觀后，控制氣動兩位五通閥20的開關動作；這樣，控制氣動的換向和進排氣流量，從而分別實現擺動氣缸I 1和擺動氣缸II 4的轉動控制。這里擺動氣缸I 1和擺動氣缸II 4的左氣腔和右氣腔分別指擺動氣缸的兩個氣腔，擺動氣缸I 1左氣腔和右氣腔分別為氣動比例閥II M控制在左位時的進氣腔和排氣腔；擺動氣缸II 4左氣腔和右氣腔分別為氣動兩位五通閥20控制在左位時的進氣腔和排氣腔。在柔性梁I 11和柔性梁II 15的壓電主動控制系統中，利用壓電傳感器I 9或者加速度傳感器I 10檢測柔性梁I 11的振動，利用壓電傳感器II 13或者加速度傳感器II 14 檢測柔性梁II 15的振動，然后通過多通道低頻電荷放大器25將微弱電荷信號放大，再通過多通道A/D轉換卡沈轉化后進入工控計算機27 ；工控計算機27運行相應控制算法后，通過D/A轉換及I/O卡四發送控制信號，多通道D/A轉換卡四輸出的電壓信號經過多通道壓放大電路30后分別作用到壓電片驅動器I 8和壓電片驅動器II 12上，從而分別實現柔性梁I 11和柔性梁II 15的壓電主動振動控制。本實驗裝置是一個多輸入多輸出的試驗系統，系統的控制目的是使得柔性梁I 11 和柔性梁II 15穩定、準確、快速的到達預設定的指向工作位置，并且抑制柔性梁I 11和柔性梁II 15的振動；還可以通過擺動氣缸I 1和擺動氣缸II 4的轉動角度相互補償，實現柔性梁I 11和柔性梁II 15的定指向控制和振動抑制。在柔性梁I 11和柔性梁II 15運動至預設定的指向位置過程中，擺動氣缸I 1法蘭和擺動氣缸II 4擺動法蘭盤的轉動會激勵柔性梁I 11和柔性梁II 15的振動。與此同時，擺動氣缸I 1法蘭盤的轉動同時可以對柔性梁I 11和柔性梁II 15振動進行主動控制， 即使得擺動氣缸I 1法蘭盤實現轉動定位的同時實現抑制柔性梁I 11和柔性梁II 15的大幅值振動，但雙柔性梁的干擾和解耦問題是挑戰性的。故而不僅是采用單一的SISO組合控制方式，即柔性梁I 11和柔性梁II 15主動控制系統、氣動轉動平臺控制系統、氣動移動平臺控制系統分別單獨進行各自的SISO控制。而且是可以采用多樣的MIMO復合控制策略， 即對柔性梁I 11和柔性梁II 15的振動控制，采用壓電驅動器主動控制和擺動氣缸I 1法蘭盤同時復合作用，從而實現柔性梁I 11和柔性梁II 15的主動振動抑制，同時實現柔性梁 I 11和柔性梁II 15轉角定位指向的復合控制策略。在本實施例中，擺動氣缸I 1和擺動氣缸II 4分別選用日本SMC氣動公司生產的型號為MSUB20-180S的擺動氣缸I 1和型號為MSQB100R的擺動氣缸II 4 ；可選氣動兩位五通閥20型號為VK3120和氣動單向閥19型號為AK2000，由SMC氣動公司生產的；三個氣動減壓閥18可選用日本SMC氣動公司生產的AR2500型氣動減壓閥；氣動節流閥I 22和氣動節流閥II 23選用日本SMC氣動公司生產型號為AS2211FM-02-08的進氣節流式氣動單向節流閥。氣動三聯件17由空氣過濾器(型號AF30_03)、減壓閥(型號AR25_03)和油霧分離器(型號AFM30-03)組裝在一起，并帶有壓力表(型號G36-10-01) —個，由日本SMC 氣動公司生產；氣泵16由上海捷豹壓縮機制造有限公司生產的型號為FB-0. 017/7的靜音空氣壓縮機；氣動比例閥I 21由日本SMC氣動公司生產，型號ITV2050-212L ；氣動比例閥 II對選用日本SMC氣動公司生產的型號為VER2000-02比例閥；氣動比例閥I 21和氣動比例閥II 24還需由24V直流電源供電。
光電編碼器I 2和光電編碼器II 5選用日本COPAL公司生產的2048線兩相增量式旋轉編碼器，型號為RE38-2048-212-l ；連接旋轉編碼器和擺動氣缸的聯軸器選用型號為DL6X6-D18L25的聯軸器；壓電傳感器I 9、壓電傳感器II 13和壓電片驅動器I 8、壓電片驅動器II 12的壓電陶瓷片尺寸為50 mmX15 mm X 1mm，壓電陶瓷材料的彈性模量為 Epe=63GPa, d31= -166 pm/V ；加速度傳感器I 10、加速度傳感器II 14可選用江蘇聯能電子技術有限公司生產的壓電式加速度傳感器，型號為CA-YD-117 ；低頻電荷放大器25可選用江蘇聯能電子有限公司的YE5850型電荷放大器，共4只，其中兩只分別放大壓電式加速度傳感器I 10和加速度傳感器II 14檢測的電荷信號，另兩只放大壓電傳感器I 9和壓電傳感器II 13檢測的電荷信號。經過電荷放大器放大后分別得到輸出電壓范圍在-10疒+IOV 的模擬量信號。多通道A/D轉換數據采集卡沈可選用臺灣研華科技公司生產的型號為 PCL-818HD型多通道A/D轉換數據采集卡，A/D轉化器的轉換精度為12位，電壓輸入范圍設定為士 IOV ；工控計算機27可用研華IPC610機箱，PCA-6006主板，生產單位臺灣研華
科技公司，PentiumIV 2. 4G Intel
CPU，顯示器(型號151N生產單位韓國三星公司)；多通道D/A轉換及1/0卡四可用臺灣研華科技公司的型號為PCL-727型D/A轉換及I/O卡，可以實現_5、5V的模擬電壓信號輸出和多通道I/O信號。多路壓電驅動高壓放大器30可選用型號為APEX-PA241DW或APEX-PA240CX放大器，其研制單位為華南理工大學(在申請人申請的名稱為“太空帆板彎曲和扭轉模態振動模擬主動控制裝置與方法”，申請號為200810027186. 4的專利中有詳細介紹)。放大倍數可達到52倍，即將-5V +5V放大到460V +260V。編碼器解算卡31可用臺灣研華科技公司生產的型號為PCL-833型編碼器計數卡；開關閥驅動電路板觀參見中國專利授權號為 200810198032. 1的發明專利“柱塞式雙出桿氣液缸與氣液聯控位置和速度伺服控制裝置”。采用此方案，在控制過程中通過設計友好的人機交互界面可以實時顯示相關測量信號和控制信號動態曲線，便于實時觀測以及控制的開啟和關閉，控制策略參數的修改輸入，數據保存等操作，便于實時調試時分析和修改參數。
權利要求
1.一種氣動驅動雙擺動壓電柔性梁的裝置，其特征在于該裝置包括柔性梁本體部分、 氣動驅動部分和控制部分——柔性梁本體部分包括柔性梁1(11)，一端為自由端，另一端為固定端；柔性梁II (15)，一端為自由端，另一端為固定端；柔性梁I (11)與柔性梁II (15)平行放置，柔性梁I (11)的固定端與柔性梁 II (15)的固定端通過擺動法蘭盤機械連接裝置II (7)安裝在擺動氣缸I (1)的擺動法蘭盤上；擺動氣缸I (1)、擺動氣缸II (4)，擺動氣缸I (1)的基座安裝在擺動法蘭盤機械連接裝置I (3)上，機械連接裝置I (3)安裝在擺動氣缸II (4)的擺動法蘭盤上，擺動氣缸I (1)的擺動法蘭盤通過聯軸器與光電編碼器I (2)的轉軸相連，光電編碼器I (2)安裝在擺動法蘭盤機械連接裝置I (3)上；擺動氣缸II (4)安裝在底座(6)上，其擺動法蘭通過聯軸器與固定在底座(6)上的光電編碼器II (5)的轉軸相連；壓電片驅動器I (8)、壓電傳感器I (9)分別粘貼在柔性梁I (11)的固定端；壓電片驅動器II (12)、壓電傳感器II (13)分別粘貼在柔性梁II (15)的固定端；加速度傳感器I (10)安裝在柔性梁I (11)的自由端，加速度傳感器11(14)安裝在柔性梁II (15)的自由端；——氣動驅動部分，由兩個氣動通路構成，分別用于驅動擺動氣缸I (1)的擺動和擺動氣缸II (4)的擺動；——控制部分，用于處理檢測到的柔性梁I (11)和柔性梁II (15)的轉動、振動信號，并做出相應的處理。
2.根據權利要求1所述的氣動驅動雙擺動壓電柔性梁的裝置，其特征在于所述壓電片驅動器I (8)由4片壓電片在柔性梁I (11)的兩面對稱粘貼構成，每面2片且并聯連接； 壓電片驅動器II (12)由4片壓電片在柔性梁II (15)的兩面對稱粘貼構成，每面2片且并聯連接；所述壓電傳感器I (9)和壓電傳感器II (13)各為1個，分別安裝在柔性梁I (11)和柔性梁II (15 )的固定端的寬度方向的中間位置。
3.根據權利要求1所述的氣動驅動雙擺動壓電柔性梁的裝置，其特征在于所述氣動驅動部分的氣泵(16)產生的高壓氣體通過氣動三聯件(17)穩壓后提供氣源給兩個氣動通路——氣動通路I，高壓氣體經過氣動三聯件(17)后與氣動比例閥II (24)的一個端口連接，氣動比例閥II (24)的另外兩個端口分別與擺動氣缸I (1)的左氣腔和右氣腔連接，用于驅動控制擺動氣缸I(I)的擺動；——氣動通路11，三個氣動減壓閥(18 )與氣動三聯件(17)連接后，其中兩個氣動減壓閥(18)與氣動兩位五通閥(20)的兩個端口直接連接，另外一個氣動減壓閥(18)連接氣動單向閥(19)后分兩路，一路與氣動兩位五通閥(20) —個端口連接，另一路與氣動比例閥I (21)連接，構成系統的排氣調節出口，氣動兩位五通閥(20)另外兩個端口分別經過氣動單向節流閥I (22)和氣動單向節流閥II (23)后與擺動氣缸II (4)的左氣腔和右氣腔連接，用于驅動控制擺動氣缸II (4)的擺動。
4.根據權利要求1一3之一所述的氣動驅動雙擺動壓電柔性梁的裝置，其特征在于所述控制部分包括擺動氣缸I (1)轉動角度控制系統、擺動氣缸II (4)轉動角度控制系統、柔性梁I (11)和柔性梁II (15)振動測量和主動控制系統——擺動氣缸I (1)轉動角度控制系統，通過光電編碼器I (2)檢測到機械連接裝置 II (7)相對擺動氣缸I (1)的擺動法蘭盤機械連接裝置I (3)的轉角信號，經由積分編碼的計數卡(31)通道I輸入到工控計算機(27)，產生控制信號，經由多通道D/A轉換及I/O卡 (29)的一個模擬量輸出通道輸出到氣動比例閥II (24)，調節氣動比例閥II (24)的換向和進排氣流量，從而控制柔性梁I (11)和柔性梁II (15)的轉動；——擺動氣缸II (4)轉動角度控制系統，通過光電編碼器II (5)檢測擺動法蘭盤的轉角信號，經由積分編碼的計數卡(31)通道II輸入到工控計算機(27)，產生控制信號，經由多通道D/A轉換及I/O卡(29)的另一個模擬量輸出通道輸出到氣動比例閥I (21)，D/A轉換及I/O卡(29)的開關輸出信號經由開關閥驅動電路(28)輸出到氣動兩位五通閥(20)，調節氣動兩位五通閥(20)換向和氣動比例閥I (21)排氣流量，從而控制擺動氣缸II (4)法蘭盤的轉動；——柔性梁I (11)和柔性梁II (15)的振動測量和主動控制系統，通過壓電傳感器I (9)或加速度傳感器I (10)檢測柔性梁I (11)的振動信號，通過壓電傳感器II (13)或加速度傳感器II (14)檢測柔性梁II (15)的振動信號，經由多通道低頻電荷放大器(25)后，再經過A/D轉換卡(26)輸入到工控計算機(27)，產生控制信號，經由多通道D/A轉換及I/O卡 (29)的其中模擬量輸出的兩個通道，經過兩通道壓電放大電路(30)后分別輸出到壓電片驅動器I (8)和壓電片驅動器II (12)，從而分別抑制柔性梁I (11)和柔性梁II (15)的振動。
5.應用權利要求1一4之一所述裝置進行氣動驅動雙擺動的控制方法，其特征在于包括如下步驟第一步利用相應檢測元件檢測柔性梁I (11)和柔性梁II (15)的轉角信號； 第二步將步驟一檢測的轉角信號經積分編碼的計數卡(31)后進入工控計算機(27) 進行處理，并得到相應的轉角反饋信號；第三步將步驟二得到的轉角反饋信號經多通道D/A轉換及I/O卡(29)的兩個模擬量輸出通道和一個I/O輸出通道分別作用到相應的氣動比例閥I (21)、氣動比例閥II (24)和氣動兩位五通閥(20)，進而控制擺動氣缸I (1)和擺動氣缸II (4)的轉動。
6.根據權利要求5所述的氣動驅動雙擺動壓電柔性梁的控制方法，其特征在于該控制方法為多通道的檢測和控制，柔性梁I (11)和柔性梁II (15)的振動可以分別采用壓電片驅動器I (8)和壓電片驅動器11(12)抑制，也可采用擺動氣缸I (1)和擺動氣缸11(4)的伺服動作同時實現轉角定位和振動控制。
全文摘要
本發明公開了一種氣動驅動雙擺動壓電柔性梁裝置和控制方法。該裝置包括柔性梁本體部分、氣動驅動部分和控制部分。兩柔性梁一端為自由端，另一端為固定端，固定端通過機械連接裝置安裝在擺動氣缸Ⅰ的擺動法蘭盤上。擺動氣缸Ⅰ的基座安裝在擺動氣缸Ⅱ的擺動法蘭上，擺動氣缸Ⅱ的基座連接固定底座。兩只擺動氣缸的轉動角度分別由光電編碼器檢測。在柔性梁靠近固定端粘貼多片壓電陶瓷片分別作為壓電傳感器和壓電片驅動器，自由端各安裝一只加速度傳感器。壓電傳感器或加速度傳感器可分別檢測柔性梁的振動。氣動驅動部分由兩個氣動通路構成，分別用于驅動兩只擺動氣缸的擺動。控制部分，用于處理檢測到的柔性梁轉動、振動信號。
文檔編號G05B13/02GK102393632SQ20111030091
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者石明禮, 謝卓偉, 邱志成 申請人:華南理工大學