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(kāi)衛(wèi)星反射器作為空間天線(xiàn)核心，其形面精度對(duì)高分辨率對(duì)地觀測(cè)至關(guān)重要，但薄膜空間結(jié)構(gòu)的在軌形面控制與測(cè)量面臨巨大挑戰(zhàn)?？刂品矫妫延袦囟忍荻?、邊界、繩索、電壓等多種研究方法，其中PVDF壓電作動(dòng)器借助逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)薄膜主動(dòng)控制，且有相關(guān)控制策略研究；但在軌形面觀測(cè)技術(shù)研究匱乏，因此一體化傳感與作動(dòng)的薄膜執(zhí)行器有望為該問(wèn)題提供新解決方案。

　　實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：DE作動(dòng)器驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)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(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)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(dòng)態(tài)特性。利用Newmark-β積分算法求解非線(xiàn)性微分方程組，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)彈簧剛度、介電常數(shù)、黏彈性系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，并驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。同時(shí)DE執(zhí)行器與薄膜結(jié)構(gòu)的受力平衡關(guān)系，通過(guò)傳感功能定位薄膜變形前后的平衡位置，計(jì)算所需驅(qū)動(dòng)電壓。迭代調(diào)節(jié)輸入電壓，利用DE作動(dòng)器的主動(dòng)變形能力修正薄膜形面，直至恢復(fù)目標(biāo)位置，驗(yàn)證傳感-作動(dòng)一體化控制效果。

　　實(shí)驗(yàn)框圖：

　　實(shí)驗(yàn)實(shí)拍圖：

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)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(wàn)用表的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)量彈簧力-位移曲線(xiàn)擬合剛度系數(shù)；無(wú)電壓下拉伸DE薄膜獲取力-位移曲線(xiàn)，辨識(shí)材料本構(gòu)參數(shù)；加載不同電壓測(cè)量支反力，計(jì)算相對(duì)介電常數(shù)。不同速率拉伸DE薄膜，對(duì)比力-位移曲線(xiàn)辨識(shí)黏彈性參數(shù)。施加簡(jiǎn)諧波、階躍電壓及掃頻測(cè)試，對(duì)比實(shí)驗(yàn)與仿真的位移響應(yīng)，驗(yàn)證模型精度并確定作動(dòng)器帶寬。搭建含電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、激光位移傳感器、DE執(zhí)行器與聚酰亞胺薄膜的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)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(duì)應(yīng)DE阻抗；施加集中載荷，定位變形后的平衡位置并計(jì)算張力?；谑芰ζ胶夥匠逃?jì)算所需驅(qū)動(dòng)電壓，加載后通過(guò)傳感功能檢驗(yàn)位置偏差，迭代修正電壓直至薄膜恢復(fù)初始形面；額外驗(yàn)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(xiàn)的形面在軌測(cè)量與主動(dòng)控制，滿(mǎn)足深空探測(cè)、對(duì)地偵測(cè)、大通量通信等,柔性泵、軟閥、軟體機(jī)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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