一種基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺及方法
【技術領域】
[0001]本發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合材料的振動主動控制平臺及方法。
【背景技術】
[0002]振動主動控制平臺廣泛應用于航天航空、生物工程、光學、冶金等領域，用于消除不利振動對結構的危害或提供特定的有利振動環境，新型振動主動控制平臺的設計與研制具有十分顯著的經濟及科研價值。現有的振動主動控制平臺多為基于音圈電機的電磁式，結構復雜笨重，發熱量大，不適于長時間工作，且分辨率不高。
【發明內容】
[0003]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺及方法，通過四個驅動機構的兩兩協同作動，實現振動主動控制，該振動主動控制平臺具有結構簡單，體積小，發熱少，功耗低，控制精度高等特點，在航天航空、生物工程、光學等精密儀器的振動控制領域有廣泛應用前景。
[0004]為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0005]—種基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺:包括位于在XOY平面內的下基板5和上振動平臺I，設置在下基板5和上振動平臺I間的第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構和第四驅動機構;所述第一驅動機構和第三驅動機構位于XOZ平面內并關于Y軸對稱，所述第二驅動機構和第四驅動機構位于YOZ平面內并關于X軸對稱;所述第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構和第四驅動機構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;所述第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構以及第四驅動機構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。
[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合材料12、第二壓電粗纖維復合材料3、第三壓電粗纖維復合材料6和第四壓電粗纖維復合材料9通過結構膠固定在一起。
[0008]上述所述的一種基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺的振動主動控制方法，首先對第一驅動機構的第一壓電粗纖維復合材料12通正電壓，第一壓電粗纖維復合材料12在逆壓電效應作用下將伸長，使第一片彈簧11的弧跨距縮短，同時對第三驅動機構的第三壓電粗纖維復合材料6通負電壓，第三壓電粗纖維復合材料6在逆壓電效應作用下將縮短，使第三片彈簧7的弧跨距伸長，第一驅動機構和第三驅動機構協同作動，控制上振動平臺I繞Y軸旋轉；同理第二驅動機構和第四驅動機構協同作動，控制上振動平臺I繞X軸旋轉，從而實現振動平臺的振動主動控制。
[0009]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
[0010]壓電粗纖維復合材料通過結構膠與片彈簧固定在一起，結構簡單重量輕；
[0011]壓電粗纖維復合材料具有柔性好、耐久性強、輸出精度高等優點，基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺控制精度高;通過四個驅動機構的兩兩協同作動，實現的振動主動控制。該振動主動控制平臺在航天航空、生物工程、光學等精密儀器的振動控制領域有廣泛應用前景。
【附圖說明】
[0012]附圖所示為本發明振動主動控制平臺結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0014]如附圖所示，本發明一種基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺:包括位于在XOY平面內的下基板5和上振動平臺I，設置在下基板5和上振動平臺I間的第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構和第四驅動機構;所述第一驅動機構和第三驅動機構位于XOZ平面內并關于Y軸對稱，所述第二驅動機構和第四驅動機構位于YOZ平面內并關于X軸對稱;所述第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構和第四驅動機構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;所述第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構以及第四驅動機構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合材料9。
[0015]作為本發明的優選實施方式，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；結構簡單，緊湊。
[0016]作為本發明的優選實施方式，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合材料12、第二壓電粗纖維復合材料3、第三壓電粗纖維復合材料6和第四壓電粗纖維復合材料9通過結構膠固定在一起，結構膠可以將壓電粗纖維復合材料的作動力很好地傳遞到片彈簧上。
[0017]如附圖所示，本發明一種基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺的振動主動控制方法，首先對第一驅動機構的第一壓電粗纖維復合材料12通正電壓，第一壓電粗纖維復合材料12在逆壓電效應作用下將伸長，使第一片彈簧11的弧跨距縮短，同時對第三驅動機構的第三壓電粗纖維復合材料6通負電壓，第三壓電粗纖維復合材料6在逆壓電效應作用下將縮短，使第三片彈簧7的弧跨距伸長，第一驅動機構和第三驅動機構協同作動，控制上振動平臺I繞Y軸旋轉；同理第二驅動機構和第四驅動機構協同作動，控制上振動平臺I繞X軸旋轉，從而實現振動平臺的振動主動控制。該振動主動控制平臺具有結構簡單，體積小，發熱少，功耗低，控制精度高等特點，在航天航空、生物工程、光學等精密儀器的振動控制領域有廣泛應用前景。
【主權項】
1.一種基于壓電粗纖維復合材料的振動主動控制平臺，其特征在于:包括位于XOY平面內的下基板(5)和上振動平臺(I)，設置在下基板(5)和上振動平臺(I)間的第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構和第四驅動機構;所述第一驅動機構和第三驅動機構位于XOZ平面內并關于Y軸對稱，所述第二驅動機構和第四驅動機構位于YOZ平面內并關于X軸對稱；所述第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構和第四驅動機構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);所述第一驅動機構、第二驅動機構、第三驅動機構以及第四驅動機構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合材料(9)。2.根據權利要求1所述的一種基于壓電粗纖維復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。3.根據權利要求1所述的一種基于壓電粗纖維復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合材料(12)、第二壓電粗纖維復合材料(3)、第三壓電粗纖維復合材料(6)、和第四壓電粗纖維復合材料(9)通過結構膠固定在一起。4.權利要求1所述的一種基于壓電粗纖維復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:首先對第一驅動機構的第一壓電粗纖維復合材料(12)通正電壓，第一壓電粗纖維復合材料(12)在逆壓電效應作用下將伸長，使第一片彈簧(11)的弧跨距縮短，同時對第三驅動機構的第三壓電粗纖維復合材料(6)通負電壓，第三壓電粗纖維復合材料(6)在逆壓電效應作用下將縮短，使第三片彈簧(7)的弧跨距伸長，第一驅動機構和第三驅動機構協同作動，控制上振動平臺(I)繞Y軸旋轉；同理第二驅動機構和第四驅動機構協同作動，控制上振動平臺(I)繞X軸旋轉，從而實現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動機構以及沿Y軸對稱布置的第二和第四驅動機構；每個驅動機構由柔性鉸鏈、片彈簧和片彈簧外表面粘貼的壓電粗纖維復合材料組成；當下基板和上振動平臺之間第一和第三驅動機構的壓電粗纖維復合材料分別通正負驅動電壓，壓電粗纖維復合材料在逆壓電效應作用下將伸長或收縮，從而帶動上振動平臺繞Y軸偏轉；當下基板和上振動平臺之間第二和第四驅動機構的壓電粗纖維復合材料分別通正負驅動電壓，將帶動上振動平臺繞X軸偏轉；本發明具有結構簡單，體積小，發熱少，功耗低，控制精度高等特點。
【IPC分類】H02N2/14
【公開號】CN105515441
【申請號】CN201510929232
【發明人】吳成松, 徐明龍, 周媛, 陳楠, 宋思揚, 劉開園, 張豐, 朱建陽, 張舒文
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月12日