基于双目视觉的压电柔性板振动测量与控制研究

【摘要】：随着航天事业的发展,航天器的结构逐渐地趋于大型化和柔性化,如太阳能帆板和天线等。大型柔性结构具有阻尼小、质量轻和模态频率低等特点,其中最具有代表性的是太阳能帆板。在受到外界干扰时,容易激起持续的低频振动,这会影响其正常工作,甚至造成整个系统失稳。因此,必须研究柔性板结构振动的测量和控制问题。针对柔性板的振动测量及其振动抑制问题,搭建了基于双目视觉测量的压电柔性悬臂板和压电柔性铰接板的振动实验系统。采用双目视觉测量压电柔性板的振动,给出了一种双目视觉测量弯曲和扭转振动模态的解耦方法,并采用压电陶瓷片作为柔性板的驱动器抑制振动。该实验系统包括压电柔性铰接板和压电柔性悬臂板、工业相机、固高运动控制卡、双通道压电驱动放大器和计算机等硬件,也包括双目视觉测量程序、人机交互界面程序和控制程序等软件。采用双目视觉采集压电柔性板振动的序列图像,并进行极线校正、滤波消噪、Canny算子提取边缘、提取特征圆轮廓和特征圆匹配等处理,得到压电柔性板的振动信息,并利用研究的方法实现压电柔性板弯曲和扭转振动模态的解耦。运用有限元思想和Hamilton原理建立了压电柔性铰接板动力学的状态空间模型,并以所设计的Proportional Derivative(简称PD)算法和Radial Basis Function(简称RBF)控制算法对压电柔性铰接板的第一阶弯曲模态和第一阶扭转模态进行了仿真研究。仿真结果表明:PD算法和RBF控制算法均对压电柔性铰接板的低频振动有抑制效果。以双目视觉测量信息为反馈,设计了PD算法和Minimal Control Synthesis(简称MCS)算法对压电柔性悬臂板的弯曲振动进行了主动控制实验。实验结果表明:所设计的PD算法和MCS算法均对压电柔性悬臂板的低频振动有明显的抑制效果,且MCS算法的控制效果要优于PD算法。设计了PD算法和RBF控制算法对压电柔性铰接板的弯曲和扭转低频模态振动进行了主动控制实验。实验结果表明:所设计的PD算法和RBF控制算法均对压电柔性铰接板的弯曲和扭转振动有抑制效果。