應(yīng)用案例

　　隨著航天領(lǐng)域發(fā)展，高精度大型空間結(jié)構(gòu)需求迫切，可展開衛(wèi)星反射器作為空間天線核心，其形面精度對高分辨率對地觀測至關(guān)重要，但薄膜空間結(jié)構(gòu)的在軌形面控制與測量面臨巨大挑戰(zhàn)。控制方面，已有溫度梯度、邊界、繩索、電壓等多種研究方法，其中PVDF壓電作動器借助逆壓電效應(yīng)實現(xiàn)薄膜主動控制，且有相關(guān)控制策略研究；但在軌形面觀測技術(shù)研究匱乏，因此一體化傳感與作動的薄膜執(zhí)行器有望為該問題提供新解決方案。

　　實驗名稱：DE作動器驗證實驗

　　實驗原理：基于介電彈性體（DE）的力電耦合特性，建立含超彈性、黏彈性的動力學(xué)方程，通過Ogden超彈性模型表征材料本構(gòu)關(guān)系，引入黏彈性模型修正動態(tài)特性。利用Newmark-β積分算法求解非線性微分方程組，通過實驗數(shù)據(jù)辨識彈簧剛度、介電常數(shù)、黏彈性系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，并驗證模型準(zhǔn)確性。同時DE執(zhí)行器與薄膜結(jié)構(gòu)的受力平衡關(guān)系，通過傳感功能定位薄膜變形前后的平衡位置，計算所需驅(qū)動電壓。迭代調(diào)節(jié)輸入電壓，利用DE作動器的主動變形能力修正薄膜形面，直至恢復(fù)目標(biāo)位置，驗證傳感-作動一體化控制效果。

　　實驗框圖：

　　實驗實拍圖：

　　實驗過程：組裝含函數(shù)發(fā)生器、電壓放大器、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)采集萬用表的實驗平臺。通過準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實驗測量彈簧力-位移曲線擬合剛度系數(shù)；無電壓下拉伸DE薄膜獲取力-位移曲線，辨識材料本構(gòu)參數(shù)；加載不同電壓測量支反力，計算相對介電常數(shù)。不同速率拉伸DE薄膜，對比力-位移曲線辨識黏彈性參數(shù)。施加簡諧波、階躍電壓及掃頻測試，對比實驗與仿真的位移響應(yīng)，驗證模型精度并確定作動器帶寬。搭建含電子萬能試驗機、激光位移傳感器、DE執(zhí)行器與聚酰亞胺薄膜的實驗平臺，通過細(xì)繩連接DE執(zhí)行器與薄膜。記錄薄膜初始平衡位置及對應(yīng)DE阻抗；施加集中載荷，定位變形后的平衡位置并計算張力。基于受力平衡方程計算所需驅(qū)動電壓，加載后通過傳感功能檢驗位置偏差，迭代修正電壓直至薄膜恢復(fù)初始形面；額外驗證多DE執(zhí)行器陣列的控制可能性。

　　應(yīng)用方向：高精度空間薄膜天線的形面在軌測量與主動控制，滿足深空探測、對地偵測、大通量通信等,柔性泵、軟閥、軟體機器人、人工肌肉等智能執(zhí)行器、微小位移傳感。

　　產(chǎn)品推薦：ATA-7000系列高壓放大器

　　圖：ATA-7000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　圖：ATA-700系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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