一种六自由度准零刚度隔振平台

针对多向低频隔振难题,提出了一种六自由度准零刚度隔振平台。设计了一种含凸轮-滚珠-簧片梁负刚度机构的压杆,通过静力学分析和参数设计实现了准零刚度特性。基于准零刚度压杆构造了六自由度隔振平台,并分析了其静力学特性,结果表明,隔振平台在六个自由度上均具有准零刚度特性。建立了隔振平台的动力学模型,分析了各方向上的力传递率,评估了平台的隔振性能,并讨论了压杆倾角对隔振性能的影响。结果表明,准零刚度平台在各方向上的隔振性能明显优于相应的线性隔振平台,实现了六自由度低频隔振。

六自由度压电隔振平台面向控制的模态分析与动力学建模

六自由度压电隔振平台各通道之间存在的强耦合性以及压电作动器固有的迟滞非线性都对系统动力学建模提出了挑战。为此,基于模态分析技术对六自由度压电隔振平台开展面向控制的非线性动力学建模研究。在充分考虑压电作动器的迟滞非线性后,采用模态坐标变换方法建立了隔振平台Hammerstein非线性动力学模型,包含了输入端的静态迟滞非线性子系统、解耦的模态方程组以及模态正/反变换矩阵。通过实验测量方法辨识得到模态方程中的参数,采用MPI模型辨识得到静态迟滞非线性子系统,并经过逆补偿控制实验验证了迟滞模型的正确性。基于迟滞逆补偿策略辨识得到模态反变换矩阵。最终建立了平台的动力学模型,为后续的控制奠定了良好的基础。

飞轮微振动的准零刚度多向隔振方法

针对航天器飞轮微振动的低频隔振难题,提出了基于准零刚度机理的多自由度非线性隔振方法。建立基于准零刚度支杆的Stewart隔振平台的动力学模型,通过增量谐波平衡(incremental harmonic balance,IHB)法分析了支杆刚度、激励力和力矩幅值对隔振性能的影响。在四自由度飞轮线性扰动模型的基础上,建立飞轮和隔振平台的耦合动力学模型,并用数值仿真分析了隔振效果。结果表明:该隔振方法能避免传统线性隔振在低频处的扰动放大现象,提升低频隔振性能,实现飞轮的全转速隔振,并且飞轮角位移响应幅值能满足动量矩矢量的指向精度要求。

一种新型四象限洛伦兹力电机的设计及优化方法

为满足六自由度隔振平台(VIP)高定位精度、高动态响应和短运动行程的使用需求,设计了一种应用在六自由度隔振平台的新型四象限洛伦兹力电机,这种电机具有低推力波动和小耦合力的优点。首先介绍了提出的新型四象限洛伦兹力电机的结构和工作原理。然后基于等效电流法和永磁体镜像法推导这种电机磁场分布以及电磁力情况。并且分析不同结构参数对气隙磁场以及电磁力的影响,再基于遗传算法在兼顾推力波动、耦合力的情况下对推力密度进行参数优化。最后,根据提出的电机电磁力模型进行3D有限元仿真和实验验证,实验结果表明,所设计电机在线圈电流为5 A,y、z向位移台运动位移在-1 mm~1 mm时,推力波动小于0.23%,耦合力在19.3 mN以内。

基于压电作动器的空间单轴主动隔振研究

对六自由度空间Stewart隔振平台中基于压电作动器的单轴主动隔振进行了研究。提出了三类标准以衡量隔振性能,其中:第Ⅰ类为载荷端与扰动端同量纲振动量比;第Ⅱ类为隔振后载荷端的受力与隔振前固连时载荷受力比;第Ⅲ类为隔振前后振动量的衰减状况。给出了压电作动器的基本方程,并根据实际进行了数值修正。建立了线性化的压电作动器单轴隔振系统,采用作动器的运动总与扰动端振动分量互补的主动隔振策略。讨论了速度反馈控制、力反馈控制与代数环引入,以及质量对隔振性能的影响。提出了隔振方向和隔振代价的概念。仿真结果表明速度反馈和力反馈均能获得较好的隔振效果。理论分析了隔振方向对隔振性能和隔振代价的影响。研究为空间Stewart隔振平台设计提供了理论支持。

考虑姿态控制的控制力矩陀螺微振动抑制研究

高精度卫星上的光学载荷需要隔离振动来保证指向精度和成像质量,而卫星上用以姿态控制的控制力矩陀螺(CMG)在运行时会对卫星本体产生扰动力和扰动力矩,影响光学载荷的设计指标。本文以CMG这类典型的卫星姿态控制设备为研究对象,通过实验获得其振动特性,并在此基础上考虑姿态控制过程中调姿振动与六自由度隔振系统模态振型之间的耦合引起的共振现象,选择集群式CMG的安装方式实现两者间的稳定运行。而后根据理论分析对隔振系统的设计进行优化和有限元仿真,最后通过实验验证了隔振系统在微振动抑制上的有效性。