CN107859709A - 一种基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置 - Google Patents

Abstract

一种基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，该装置包括支撑框架和运动机构两部分。选取在轨卫星的展翼这一超长柔性结构作为具体分析对象。运动机构通过支撑框架固定于卫星本体，其中多个出索机构对称分布于展翼两侧，由出索机构引出的多条绳索与展翼连接。通过绳索控制算法分配多根绳索的输出力，从而减弱或消除该柔性机构的振动。相比于传统的抑振装置，该构型简单，制造成本低，且索长变化范围大，适用于卫星展翼等超长尺度柔性结构的主动抑振。

Description

一种基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置

技术领域

本发明属于机械技术领域，特别涉及一种基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置。

背景技术

本发明以具有超长尺度展翼的卫星天线结构为研究背景，一般而言，这类卫星的天线展翼长度可达100米以上。展翼结构广泛采用各种桁架结构，并支撑有效载荷，但这类轻型柔性结构产生的问题是成为主体结构的动力吸振器，它所产生的振动幅值会远高于主体结构振动的幅值，必须采取有效的措施对振动进行主动抑制。

索驱动并联机构与串联机构相比，具有结构质量小，制造与装配容易等特点。理论上，绳索可以在出索机构中的卷筒上缠绕无限圈，使得索驱动并联机构工作空间很大，所以在航空航天、风洞试验和长行程跟踪拍摄领域有广阔的应用前景，这个特点也使得索并联机构可以完全满足超长尺度柔性结构的需要。若能将该主动抑振装置应用于具有超长尺度柔性结构如卫星等物体，不仅能够大大减弱物体的振动，还可以减小制造和使用成本，具有十分重要的研究意义。

发明内容

为了能够减弱或消除上述超长柔性结构的振动，本发明的目的在于提供一种基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，其构型简单，制造成本低，且具有更大的作业空间，符合长尺度的柔性结构主动抑振的要求

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，主要由支撑框架和运动机构组成，支撑框架固定于被控制对象的基座上；运动机构包括出索机构和多根主动索，通过主动输出索力抑制柔性结构的振动，其中，出索机构安装在支撑框架上，包括电机、联轴器、减速箱、卷筒、箱体和出索滑轮，主动索缠绕在卷筒上，经出索滑轮后连接柔性结构，电机运转时，通过带力矩传感器的联轴器和减速箱，将运动传递至卷筒，从而控制主动索收放。

所述运动机构主动索的布局和数量与柔性体结构相关，通过出索机构控制主动索长度及索力大小，通过控制多根主动索输出的索力，减弱或消除柔性结构的振动。

在柔性结构未振动时，不进行索力控制；当柔性结构振动时，通过主动控制输出索力，实现对柔性结构的主动抑振功能。

本发明中，超长尺度指所述柔性结构的某一方向尺寸与另外两个方向中较小的尺寸相比达50倍以上。比如卫星展翼可达100米以上，而也另外两个方向在2米左右。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用索并联机构对长尺度柔性结构主动抑振，不仅能较好的实现减弱或消除柔性体振动的预期效果，并且相对于其它减震结构，该装置索长变化范围大，可以满足工程上超长尺度柔性结构的需要。

(2)实现绳索空间多方位的优化布局，具体包括建立绳索空间优化布局方法确定适合工程需求的最优的绳索空间布置位置和数量。

(3)通过完成绳索控制算法的研究，同时考虑结构同侧的不同绳子之间控制同步性对控制效果的影响，以达到对柔性结构抑振的最佳效果。

附图说明

图1为本发明基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置。

图2为本发明出索机构示意图。

图3为本发明抑振流程图。

图4为本发明柔性体振动规律计算流程图。

图5为本发明绳索控制算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，用于减弱或消除超长尺度柔性结构的振动，主要包括支撑框架1和运动机构。

如图1所示，支撑框架1固定于被控制对象的基座上；柔性结构5通过四根绳索与安装于支撑框架1上的出索机构相连，其中四个出索机构对称分布于柔性结构5两侧，四根绳索均为主动索4。主动索4与出索机构相连，出索长度可以人为控制。

如图2所示，主动索4缠绕在卷筒9上。电机6通过带力矩传感器联轴器7，减速箱8与卷筒9相连，通过电机6控制卷筒9转动，对主动索4进行收放。

如图3、图4和图5所示，在对柔性机构5建模与动力学分析的基础上，获得该柔性机构5振动规律，研究绳索的空间位置的影响，确定适合工程需求的最优的绳索空间布设位置；通过预设的绳索控制算法，同时考虑结构同侧的不同绳子之间控制同步性对控制效果的影响，当柔性结构5不振动时，带力矩传感器的联轴器7将不会产生力矩的波动，不对绳索进行索力控制，而当检测到柔性结构5振动时，根据力矩传感器获得的振动频率和幅度，通过绳索控制算法分配四根绳索4的输出力，实现对柔性结构振动的减弱或消除。

Claims (4)

1.一种基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，其特征在于，主要由支撑框架(1)和运动机构组成，支撑框架(1)固定于被控制对象的基座上；运动机构包括出索机构和多根主动索(4)，通过主动输出索力抑制柔性结构的振动，其中，出索机构安装在支撑框架(1)上，包括电机(6)、联轴器(7)、减速箱(8)、卷筒(9)、箱体(2)和出索滑轮(3)，主动索(4)缠绕在卷筒(9)上，经出索滑轮(3)后连接柔性结构(5)，电机(6)运转时，通过带力矩传感器的联轴器(7)和减速箱(8)，将运动传递至卷筒(9)，从而控制主动索(4)收放。

2.根据权利要求1所述基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，其特征在于，所述运动机构主动索(4)的布局和数量与柔性体结构相关，通过出索机构控制主动索(4)长度及索力大小，通过控制多根主动索(4)输出的索力，减弱或消除柔性结构(5)的振动。

3.根据权利要求1所述基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，其特征在于，在柔性结构(5)未振动时，不进行索力控制；当柔性结构(5)振动时，通过主动控制输出索力，实现对柔性结构(5)的主动抑振功能。

4.根据权利要求1所述基于索并联构型的超长尺度柔性结构主动抑振装置，其特征在于，所述柔性结构(5)的某一方向尺寸与另外两个方向中较小的尺寸相比达50倍以上。