CN110807228B - 基于高宽比因素影响的气浮平台性能化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于高宽比因素影响的气浮平台性能优化设计方法，该方法包括：1)获取相关信息数据，以确定振动设计需求；2)根据工程设计经验以及上述设计需求，确定初步设计方案；3)计算气浮平台与上部设备的质量比，当质量比∈[1.5～5]时，再计算上部设备的高宽比以及气浮平台的高宽比，然后进入下一步4)；否则返回步骤2)修改初步设计方案)；否则返回步骤2)修改初步设计方案；4)比较气浮平台的高宽比及上部设备的高宽比，当二者的比值不小于1且不大于1.5时，进行下一步5)，否则返回步骤2)修改初步设计方案；5)基于步骤4)之后的设计方案，进行参数化精细建模；6)进行时频域分析，最终确定优化设计方案。

Description

基于高宽比因素影响的气浮平台性能化设计方法

技术领域

本发明涉及气浮隔振技术领域，特别是涉及一种基于高宽比因素影响的气浮平台性能化设计方法。

背景技术

目前，针对气浮平台质刚重合高性能的问题，主要采取气浮平台经验性的设计方法和有限元精确计算的设计方法，但由于经验性设计方法的局限性和非针对性，实施过程上部设备及下部气浮平台无法做到有效的保护精密仪器及减隔微振动性能稳定。传统方法缺陷如下：

(1)局限性和非针对性。气浮平台经验性的设计方法是经过实际工程测试中进行总结的一种普遍的设计方法，针对不同的或有专业强度要求的气浮平台设计，无法使上部设备达到应有的振动范围区间，影响设备的正常工作。

(2)质心和刚度中心难以重合。研究发现，当气浮平台的质心和刚度中心处于重合时，所受到的振动最小，经验性的设计方法难以精确做到质刚重合。

(3)计算量大，耗时长，工程成本高。现有方法可通过大量的数据计算，得出精确的数值，由于有限元限制，计算冗长繁多，且非量化数据，消耗工时极长，大量工时计算即有较高设计成本，并且无法在短时间内得出数据及方案，工程进行滞后。

因此需要新的技术和方法，以解决现有技术中存在不足。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于高宽比因素影响的气浮平台性能化设计方法。该技术基于高精度精密设备气浮平台质刚重合高性能设计，提出基于高宽比因素影响的气浮平台性能化设计方案，在单个气浮支撑工程对台上设备以及台下T型台制定初步方案进行比选，在有限的环境条件下进行快速的性能化方案，达到气浮平台质心和刚度中心重合的目标，气浮平台稳定，保护精密设备的效果。

技术方案：根据本发明的一方面，提供一种基于高宽比因素影响的气浮平台性能化设计方法，包括：一种基于高宽比因素影响的气浮平台性能优化设计方法，包括：

1)获取相关信息数据，以确定振动设计需求，所述信息数据包括上部设备的质量、高度和宽度数据以及气浮平台的质量、高度和宽度数据；

2)根据工程设计经验以及上述设计需求，确定初步设计方案；

3)基于初步设计方案，计算气浮平台与上部设备的质量比Wasp/Wuls，当质量比Wasp/Wuls∈[1.5～5]时，再计算上部设备的高宽比σuls以及气浮平台的高宽比σasp，然后进入下一步4)；否则返回步骤2)修改初步设计方案；

4)比较气浮平台的高宽比σasp以及上部设备σuls的高宽比，当二者的比值不小于1且不大于1.5时，进行下一步5)，否则返回步骤2)修改初步设计方案；

5)基于步骤4)之后的设计方案，进行参数化精细建模；

6)进行时域分析和频域分析，最终确定优化设计方案。

优选地，所述基于质量比影响的气浮隔振平台性能优化设计方法在步骤5)和6)之间还包括有限元计算、模态计算分析和模态判断，当上部设备基本频率f1小于基本频率容许值[f]时，进行时步骤6)，否则返回步骤5)修订参数化精细建模。

优选地，所述上部设备为精密仪器设备。

有益效果：本发明技术设计解决方案基于在工程符合气浮平台设备微震动减隔振控制方案，适用于针对机密设备及精密装备，通过进行微振动控制方案比较，快速获取最优精密设备、装备微震动控制整体隔振性能方案。该技术解决方案，解决了在振动控制(室内)有效区域限制范围内(如地坑面积限制3m×3m等)其他已有未快速的量化或非精确方案缺陷。通过量化对比对T型台座动态设计，达到T型态具最优等效压力反馈补偿性能，以快速精确机密设备微震动控制。

该技术具有如下特征：

(1)适用于观测性精密仪器设备。适用观测精密仪器设备(例如大型观测设备天文望远镜)，满足精密仪器设备的振动需求，减少观测时所受环境振动的影响，提升观测数据的精度。

(2)最优质刚重合解决方案。这种方案以基于气浮平台上部设备质刚重合为目标，对初步原有方案进行优化，在有限条件、有限空间条件内快速比较计算上部设备的高宽比小于气浮平台的高宽比的比值，T型台高宽比达到要求且趋于一致，质量中心和刚度中心重合设计，达到快速有效达到整体减隔微震动振的设计标准。

(3)高宽比、上部设备的对比分析基础。以多种标准化方案及数据测量为基石，量化比较方案得到最优解决方案，达到上部精密设备高宽比小于下部气浮平台的高宽比的比值。

(4)易于快速量化方案，效率高。通过该解决方案，最优最快提升原有方案效率，快速量化和优化方案，降低成本和调试率。原有质量中心和刚度中心重合设计方案计算量大、耗时长，该方案计算耗时短，且量化计算。在精度与精度稳定性远远超过原有方案，振动隔离与桌面阻尼效果显著。减小质量中心和刚度中心重合的设计难度。

(5)解决方案普适性强。因基于气浮振动控制系统，故可通过量化分析最快获取最优解决方案。既不同类型的工程使用相似高宽比量化分析方案，数据采集、有限元分析、设备精度控制通用性较高。便于不同工况相似计算处理及解决方案规划。

附图说明

图1为根据本发明的实施方案的基于高宽比因素影响的气浮平台性能优化设计方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应该理解的是，精细化建模、有限元、模数、时频域分析等技术手段本身为本领域中所熟知，因此，本发明重点说明基于高宽比因素的设计方法。

图1为根据本发明的实施方案的基于高宽比因素影响的气浮平台性能优化设计方法的流程示意图。

如图所示，本发明的方法可以包括如下步骤：

确定振动设计需求：考虑隔振的上部设备(也即目标设备，例如需隔振的精密仪器设备)外观，形状，尺寸，例如高度和宽度数据，气浮隔振平台质量大小；地坑等工程限制尺寸，控制允许标准；振源信息；基本频率以及容许频率等，来确定气浮隔振平台的设计需求。

初步设计方案：基于以往工程设计经验和设计需求，以质刚重合为设计目标，初步设计气浮隔振平台承载力，数量，T型台尺寸等参数。

计算高宽；根据上部设备高度和宽度数值、气浮平台高度和宽度数值，计算出相应的高宽比，通过比较不同方案间的数值，依据数值越小质心和刚度中心重合度越高，所受振动越小的规律，得出该上部设备以及气浮平台如何制定。更具体地，当所述上部设备的质量以及气浮平台的质量之比比∈[1.5～5]时，进入下一步计算二者高宽比；否则返回上一步以修改初步设计方案；

根据测量出的上部设备高度和宽度数值，以及气浮平台高度和宽度数值，进行数值大小比较，依据上部设备高宽比小于气浮平台高宽比，质心和刚度中心重合度高的规律，得出气浮平台设计方法。更具体地，比较气浮平台的高宽比σasp以及上部设备σuls的高宽比，当二者的比值不小于1且不大于1.5时，进行下一步，否则返回修改初步设计方案。

建立参数化精细建模：在初步设计方案的通过的情况下，建立参数化模型对气浮隔振平台的性能化设计精确模型计算。

然后可以对模型进行有限元计算、模态计算分析：包括输入工程的实际参数进行模态计算，对整体系统的振动特性进行模拟计算，以及进行模态判别：对于模态计算结果进行必然性判断，使振动模拟结果符合标准要求，对于超标的设计方案，重新建立参数化模型，符合标准的方案进行下一步分析。例如当上部设备基本频率F1小于基本频率容许值[F]时，进行下一步骤，否则返回参数化精细建模进行修订。

最后进行时频域分析：通过对对模拟信号的时域分析与频域分析，最终确定方案的正确性。

本发明以质心和刚度中心重合为目标，提出基于高宽比因素影响的气浮平台快速性能化设计解决方案。该技术方案包括通过T型气浮平台及上部设备的不同工况初步方案，集成不同方案下对气浮平台和上部设备的高宽比进行科学比较，获取最终有效方案使得上部设备高宽比小于气浮平台的高宽比的比值，快速最优达到满足上部设备微振动要求。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种基于高宽比因素影响的气浮平台性能优化设计方法，包括：

1)获取信息数据，以确定振动设计需求，所述信息数据包括上部设备的质量、高度和宽度数据以及气浮平台的质量、高度和宽度数据；

2)根据工程设计经验以及上述设计需求，以质刚重合为设计目标,确定初步设计方案，包括初步设计气浮隔振平台承载力、数量以及T型台尺寸；

3)基于初步设计方案，计算气浮平台与上部设备的质量比Wasp/Wuls，当质量比Wasp/Wuls∈[1.5～5]时，再计算上部设备的高宽比σuls以及气浮平台的高宽比σasp，然后进入下一步4)；否则返回步骤2)修改初步设计方案；

4)比较气浮平台的高宽比σasp以及上部设备的高宽比σuls，当二者的比值σasp/σuls不小于1且不大于1.5时，进行下一步5)，否则返回步骤2)以修改初步设计方案；

5)基于步骤4)之后的设计方案，进行参数化精细建模，包括在初步设计方案的通过的情况下，建立参数化模型对气浮隔振平台的性能化设计精确模型计算，然后以对模型进行有限元计算、模态计算分析：包括输入工程的实际参数进行模态计算，对整体系统的振动特性进行模拟计算，以及进行模态判别：对于模态计算结果进行必然性判断，使振动模拟结果符合标准要求，对于超标的设计方案，重新建立参数化模型，符合标准的方案进行下一步分析；

6)进行时域分析和频域分析，最终确定优化设计方案。

2.根据权利要求1所述的基于高宽比因素影响的气浮平台性能优化设计方法，当上部设备基本频率f1小于基本频率容许值[f]时，进行时步骤6)，否则返回步骤5)修订参数化精细建模。

3.根据权利要求1所述的基于高宽比因素影响的气浮平台性能优化设计方法，其中所述上部设备为精密仪器设备。