柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定装置及方法

摘要

本发明公开了一种柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定装置，包括柔性梁、压电作动器、镜头和相机；柔性梁通过紧固件固定在基座上，压电作动器粘贴在柔性梁上，相机通过支撑件固定在支座上，相机的前端装有镜头；当压电作动器输入控制电压时，由相机通过镜头实时获取施加控制电压后压电作动器变形图像，并将图像传递到计算机中，由计算机根据图像计算出施加不同电压时压电作动器的伸缩变化，从而实现中压电作动器控制电压与伸缩量关系的标定；同时还公开了一种标定方法；本发明较好的解决了柔性梁振动主动控制研究中实现具体应用环境下的压电作动器控制电压与伸缩量关系的标定，具有性能稳定，精度较高，自动化程度高，适用范围广等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定装置及方法，属于柔性机械结构振动主动控制技术领域。

背景技术

随着国民经济的发展和国防技术的需要，对于工程结构一方面是轻质和柔性构件在结构中的大量应用，另一方面是对结构高速和高精度运行的要求。

结构柔性化后，在其运动的过程易产生振动，对系统的动态特性有着很大的影响。因此，针对柔性悬臂梁这种典型的柔性结构开展振动主动控制研究具有重要的实际工程应用价值，该问题的研究近几十年来得到了众多学者的广泛关注。

压电作动器具有体积小，质量轻，频响宽、响应速度快等优点，在各种智能结构的主动振动控制中得到了广泛的应用。压电作动器粘贴在柔性梁上之后，一般是默认压电作动器是符合产品的相关参数的，目前没有一种有效的手段去标定此具体应用环境下压电作动器的输入电压与其轴向伸缩之间的关系。对于压电作动器的输入电压与其轴向伸缩之间的关系可以通过给定一个电压，用游标卡尺类工具实现尺寸的测量，但是此方法速度慢，自动化程度和精度较低。

为此，亟需一种简单、可行、精度及自动化程度较高的方法实现压电作动器粘贴在柔性梁上后标定其控制电压与轴向伸缩之间关系，从而为柔性梁的振动主动控制提供依据。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定装置及方法，能够非接触、简单、精确实现标定压电作动器控制电压与其轴向伸缩之间的关系，进而为柔性梁的振动主动控制提供依据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定装置，包括：

基座、压电动作器、镜头、相机、支座、柔性梁、视频编码器、图像采集卡、计算器、模拟量输出卡以及电压放大器；

所述的柔性梁通过紧固件固定在基座上，压电作动器粘贴在柔性梁上，相机通过支撑件固定在支座上，相机的前端装有镜头；

其中，连接在计算机上的模拟量输出卡输出控制电压信号，经电压放大器放大后施加在压电作动器上；

由相机通过镜头实时获取施加控制电压后压电作动器变形图像，通过视频编码器处理后由图像采集卡将图像信息采集到计算机中，由计算机计算出施加不同电压时压电作动器的伸缩变化。

所述的相机前端的镜头的中心与压电作动器的中心在一条直线上，以保证准确性。

所述的相机的支撑件可以通过调节旋钮实现其在支撑座上竖直方向的位置调节。

在所述镜头的前端装有环形光源为相机提供足够的光照强度以获得更清晰的图像。

本发明还公开了一种柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定方法，其具体的方法步骤如下：

1）初始设置：

将柔性梁上压电作动器中心与镜头中心设置在一条中心线上、相机初始参数设置；

2）图像采集：

在对压电作动器施加控制电压后，通过相机对其进行图像采集；

3）截取压电作动器子图像：

由计算机从相机拍摄到的图像中截取出所要检测的压电作动器的子图像；

4）彩色子图像灰度化及二值化；

5）压电作动器二值化图像长度计算：由二值化后的图像计算出施加不同电压时压电作动器的伸缩长度；

6）绘出电压与压电作动器伸缩比的关系：由计算机绘出压电作动器输入电压与伸缩量变化之间的关系曲线，完成标定，为柔性梁的振动主动控制提供依据。

本发明将压电作动器的伸缩变形转化为图像，通过计算机处理所获取的图像，能够实现非接触、精确检测出压电作动器在输入电压下的变形大小，从而标定出压电作动器的控制电压与其轴向伸缩之间关系，从而为柔性梁的振动主动控制提供依据；本方法具有适用范围较广、成本较低、实施简单、性能稳定、易实现自动化等优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中压电作动器在施加电压后的伸缩示意图；

图3为本发明采集到压电作动器图像的方法处理流程图。

图中：1、基座，2、紧固件，3、压电作动器，4、环形光源，5、镜头，6、相机，7、调节旋钮，8、支座，9、柔性梁，10、支撑件，11、视频编码器，12、图像采集卡，13、计算机，14、模拟量输出卡，15、电压放大器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

其中，本发明以附图1为基准，附图1的左、右、上、下、底部、中心、端部、根部为本发明的左、右、上、下、底部、中心、端部、根部。应注意到的是：除非另外具体说明，否则本实施例中阐述的部件的相对布置、数值等不限于本发明的范围。

如图1所示为一种柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定装置，包括：

基座1、压电动作器3、镜头5、相机6、支座8、柔性梁9、视频编码器11、图像采集卡12、计算器13、模拟量输出卡14以及电压放大器15；

所述的柔性梁9通过紧固件2固定在基座1上，压电作动器3粘贴在柔性梁9上，相机6通过支撑件10固定在支座8上，相机6的前端装有镜头5；

其中，连接在计算机13上的模拟量输出卡14输出控制电压信号，经电压放大器15放大后施加在压电作动器3上；

由相机6通过镜头5实时获取施加控制电压后压电作动器3变形图像，通过视频编码器11处理后由图像采集卡12将图像信息采集到计算机13中，由计算机13计算出施加不同电压时压电作动器3的伸缩变化。

其中，相机6前端的镜头5的中心与压电作动器3的中心在一条直线上，以保证准确性。

如图1所示，相机6的支撑件10可以通过调节旋钮7实现其在支撑座8上竖直方向的位置调节。

进一步，为了获得更清晰的图像，在所述镜头5的前端装有环形光源4为相机6提供足够的光照强度。

如图2所示：压电作动器3粘贴在柔性梁9上，初始长度为l；当施加正电压时，压电作动器3将产生轴向伸长，长度变为l₂；当施加负向电压时，压电作动器3将产生轴向压缩，长度变为l₁。

因此，柔性梁振动主动控制研究中，可以通过对压电作动器3的图像采集，获得其在输入电压后的实际长度值，继而标定出压电作动器3粘贴在柔性梁9上后输入电压与其轴向伸缩之间的关系。

如图3所示：本发明还公开了利用一种柔性梁振动主动控制中压电作动器控制电压的标定装置进行的标定方法，具体的方法步骤如下：

1）初始设置：

将柔性梁9上压电作动器3中心与镜头5中心设置在一条中心线上、相机6初始参数设置；

2）图像采集：

在对压电作动器3施加电压后，通过相机6对其进行图像采集；

3）截取压电作动器子图像：

由计算机13从相机6拍摄到的图像中截取出所要检测的压电作动器3的子图像；

4）彩色子图像灰度化及二值化；

5）压电作动器二值化图像长度计算：由二值化后的图像计算出施加不同电压时压电作动器3的伸缩长度；

6）绘出电压与压电作动器伸缩比的关系：由计算机13绘出压电作动器3输入电压与伸缩量变化之间的关系曲线，完成标定，为柔性梁的振动主动控制提供依据。

综上所述：本发明将压电作动器3的伸缩变形转化为图像，通过计算机13处理所获取的图像，能够实现非接触、精确检测出压电作动器3在输入电压下的变形大小，从而标定出压电作动器3的控制电压与其轴向伸缩之间关系，从而为柔性梁9的振动主动控制提供依据；本方法具有适用范围较广、成本较低、实施简单、性能稳定、易实现自动化等优点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。