基于CompactDAQ刚柔耦合动力学实验台的搭建.pdf

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1、第13卷第3期2015年6月动力学与控制学报Vol_13No．31672-6553／2015／13(3)／224-6JOURNALOFDYNAMICSANDCONTROLJun．2015基于CompactDAQ刚柔耦合动力学实验台的搭建木武泽余征跃洪嘉振(上海交通大学工程力学系，上海200240)摘要介绍了一种基于虚拟仪器技术的刚柔耦合动力学实验台的设计方案．基于CompactDAQ控制器和数字I／O模块，实现了对角位移、角速度、应变等一系列的物理量的测量，可用于验证多种刚柔耦合模型．同时可以控制电磁喷气阀的喷气来控制台体的旋转，可用于

2、验证不同控制方法对于刚柔耦合系统控制的效果．该实验台具有低成本、高精度、高可靠性、扩展灵活等特点．关键词CompactDAQ，刚柔耦合动力学，实验台，LabVIEW，中心刚体一柔性梁DOI：10．6052／1672-6553．2015-013形成的极薄气膜，使气浮台整体浮起，从而实现模引言拟近似无摩擦的相对运动，可以用来模拟卫星在太在机械制造、航空航天等众多领域中，刚柔耦空中真空环境下基本不受到干扰力矩的力学环合动力学问题都是研究热点．国内外许多学者都针境_9J．目前，由于受到重力的影响，三轴气浮台不能对该问题展开了大量的理论研究工作．

3、从针对小变直接进行带有柔性附件的刚柔耦合实验¨．近年形问题的混合坐标法，到大变形问题的绝对节点来，在引进国外气浮台的基础上，国内一些院校以坐标法．洪嘉振利用哈密顿原理和速度变分原理及研究所，如502所、西北工业大学、哈尔滨工业大建立了一次近似理论的动力学方程J．章定国在考学和国防科技大学等对气浮台的一些性能和用途虑柔性梁横向弯曲变形以及纵向伸长变形以及非进行过研究，主要用于实际的卫星仿真试验，哈尔线性耦合变形项，利用第二类Lagrange方程建立了滨工业大学也已研制出多自由度的气浮仿真设一次刚柔耦合动力学方程J．备_1．目前，气浮台全物

4、理仿真技术的应用范围还然而，同刚柔耦合问题在理论方面的发展相是比较窄，国内更是如此．一方面，因为其技术缜比，针对理论模型的验证实验还十分有限．杨辉等密，价格高昂，使得一些实验无法应用．另一方面，利用气浮台验证了动力刚化理论和一次近似理除工业自动化和航空之外，在其它领域开展应用气论．Yoo等利用高数摄像机验证了旋转柔性梁的浮台的研究较少，只有进行基础研究才涉及到．刚动力学模型6j．刘锦阳等利用运动测量仪验证了基柔耦合动力学是少数可以利用气浮台进行实验的于非线性应变和位移的关系用绝对坐标法建立的研究领域．几何非线性动力学模型j．目前，鲜有针

5、对刚柔耦CompactDAQ控制器(下称cDAQ)是NI公司合动力学问题的实验研究主要是因为伴随大范围推出的一类嵌入式控制、测量应用的处理器，将连运动的同时需要测量柔性体的变形，以及需要尽量接性与信号调节集成在I／O模块中，可以直接对接减少阻尼对于实验的影响J．搭建符合上述要求的任何传感器或信号．使用cDAQ控制器和LabVIEW实验台和相关测量组件造价成本高、开发周期长、软件可以设计数据采集、分析、显示和管理的系统．适用性较差造成的．本文针对上述问题，研制了一本文在气浮台的基础上，利用cDAQ控制器和款实验台，可针对不同模型采集数据验

6、证理论．数字I／O模块，搭建了适合进行刚柔耦合实验的实气浮台依靠压缩空气在台体与轴承基座之间验台，该实验台具有低成本、高精度、高可靠性、扩2014—12-27收到第1稿，2015-02-12收到修改稿．国家自然科学基金资助项目(11132007，11272203)十通讯作者E-mail：yuzy@sjtu．edu．cn第3期武泽等：基于CompactDAQ刚柔耦合动力学实验台的搭建225展灵活等特点．度，柔性梁的应变进行测量，同时控制电磁喷气阀的喷气．首先通过相应的传感器将测量或控制的信1实验台的工作原理号转化为模拟量、数字量、开关量．

7、通过相应模块传刚柔耦合实验台依靠压缩空气在台体与轴承基输到cDAQ控制器．测量控制系统的硬件部分如图座之间形成的极薄气膜，使气浮台整体浮起，从而实3所示．现模拟近似无摩擦的相对运动．止推轴承限制了实验台的两个水平移动方向自由度、一个垂直方向自由度和两个转动方向自由度，因此可认为气浮轴承使实验台只能绕铅直轴旋转．整个实验装置可简化为中心刚体．柔I生梁模型，进行相关的刚柔耦合实验．从结构上说，实验台系统大致可以分为实验台气浮装置、中心刚体、柔性梁和测量控制的传感器控制器，如图1，2所示．图3CompactDAQ测量与控制系统硬件目置Fig．

8、3HardwareconfigurationoftheCompactDAQmeasurementandcontrolsystem2．1角位移中心刚体的角位移采用英诺伺服Maglin系列磁栅角位移编码器测量，