CN114183493B - 一种主被动隔振杆及主动控制传感方法 - Google Patents
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Abstract
一种主被动隔振杆及主动控制传感方法，该主被动隔振杆包括电磁阻尼器、上下十字梁簧片、应变传感单元、柔性铰链、压电作动器和连接杆；电磁阻尼器与压电作动器通过柔性铰链相连，上下十字梁簧片由中心连接轴相连，应变传感单元粘贴于上十字梁簧片上；当底盖上受到外界扰动时，由柔性结构上十字簧片和下十字簧片实现被动隔振功能，励磁线圈与定子相对运动产生阻尼效应对振动的衰减；同时，上十字簧片的变形引起应变传感单元应变的输出，输出信号进入外部控制器，外部控制器计算得到驱动电压信号，驱动压电作动器产生一个相反的扰动控制力，使得载荷对象振动衰减，从而实现主动控制。本发明能够在宽频段内消弱微振动带给空间光学载荷的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉空间光学载荷微振动控制领域，具体涉及一种主被动隔振杆及主动控制传感方法。
背景技术
随着航天技术的飞速发展，未来空间光学载荷技术将向着更高的分辨率、更高指向精度发展。但是要达到这么高的分辨率和指向精度，光学载荷必须搭载在极为“安静”的平台上，然而星上活动部件(动量轮转动、飞轮转动、指向控制机构调姿等)会产生微小的扰动力和扰动力矩，也就是微振动，对于空间结构没有太大的影响，但当它传递到光学载荷时，会严重影响光学载荷的成像质量和指向精度，因此必须采用隔振技术减小航天器外部振动及内部扰动向光学载荷传递。现有的主被动隔振方法中，被动部分主要采用的是弹簧或橡胶等材料，在这种情况下，被动部分隔离的起始频率相对较高。现有应用的传感单元主要是速度传感器、加速度传感器和力传感器，但其分辨率还不能完全满足空间微振动的需求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种主被动隔振杆及主动控制传感方法，该主被动隔振杆结构具有更小的起始隔振频率，分辨率高的特点，能够在宽频段内消弱微振动带给空间光学载荷的不利影响。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种主被动隔振杆，包括电磁阻尼器1、压电作动器3以及连接电磁阻尼器1和压电作动器3的柔性铰链2，还包括连接在压电作动器3端部的连接杆4；所述电磁阻尼器1包括顶盖7、上十字梁簧片5、中心连接轴8、线圈骨架9、励磁线圈10、定子11、圆柱形外壳12、下十字梁簧片13和底盖14；励磁线圈10缠绕在线圈骨架9上整体间隙配合位于定子11内，定子11固定在圆柱形外壳12内，上十字梁簧片5和下十字梁簧片13紧配合穿过中心连接轴8，中心连接轴8与线圈骨架9固连，顶盖7、上十字梁簧片5、下十字梁簧片13、底盖14与圆柱形外壳12内壁相连；应变传感单元6粘贴在上十字梁簧片5上。
所述顶盖7中心孔的直径大于中心连接轴8直径的1.5倍。
所述上十字簧片5和下十字簧片13采用弹簧钢材料，中心连接轴8采用不锈钢材料，顶盖7、圆柱形外壳12和底盖14采用硬铝合金材料。
所述的一种主被动隔振杆的主动控制传感方法，当有外界扰动作用在底盖14上时，底盖14将力传给上十字簧片5和下十字簧片13，引起上十字簧片5和下十字簧片13的振动，实现对高频的隔离和低频振动的通过，进而实现被动隔振功能；上十字簧片5和下十字簧片13的振动带动中心连接轴8的振动，进而带动缠绕在线圈骨架9上的励磁线圈10振动，通过励磁线圈10与定子11相对运动，实现阻尼效应对振动的衰减；同时，上十字簧片5的振动变形引起应变传感单元6输出一个电信号，通过此电信号能够得到一个应变信号，作为反馈信号，进入与应变传感单元6连接的外部控制器，外部控制器根据此应变信号计算得到驱动电压信号，驱动电压信号输入给压电作动器3，使得压电作动器3产生一个相反的扰动控制力，使得载荷对象振动衰减，从而实现主动控制。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1)本发明中，采用电磁阻尼器作为隔振被动部分，压电作动器作为主动隔振部分，此种结构形式可以设计为具有更小的起始频率的主被动隔振。
2)本发明中，采用应变传感的主动控制传感方式，相比加速度、位移、力传感具有更高的分辨率，且质量更轻。
3)本发明中，电磁阻尼器采用双簧片设计，且无导向轴承，不仅保证了中心轴的轴向运动，同时保证了运动过程中没有摩擦。
附图说明
图1为本发明主被动隔振杆结构示意图。
图2为本发明电磁阻尼器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种主被动隔振杆，包括电磁阻尼器1、压电作动器3以及连接电磁阻尼器1和压电作动器3的柔性铰链2，还包括连接在压电作动器3端部的连接杆4和设置在电磁阻尼器1内的应变传感单元6。
如图2所示，所述电磁阻尼器1包括顶盖7、上十字梁簧片5、中心连接轴8、线圈骨架9、励磁线圈10、定子11、圆柱形外壳12、下十字梁簧片13和底盖14；励磁线圈10缠绕在线圈骨架9上整体间隙配合位于定子11内，定子11固定在圆柱形外壳12内，上十字梁簧片5和下十字梁簧片13紧配合穿过中心连接轴8，中心连接轴8与线圈骨架9固连，顶盖7、上十字梁簧片5、下十字梁簧片13、底盖14与圆柱形外壳12内壁相连；应变传感单元6粘贴在上十字梁簧片5上。
作为本发明的优选实施方式，所述顶盖7中心孔的直径要大于中心连接轴8直径的1.5倍，目的是保证阻尼器无摩擦运动，且具有位移角度偏转限位作用。
作为本发明的优选实施方式，所述上十字簧片5和下十字簧片13采用弹簧钢材料，中心连接轴8采用不锈钢材料，顶盖7、圆柱形外壳12和底盖14采用硬铝合金材料。
本发明的工作原理为：当有外界扰动作用在底盖14上时，底盖14将力传给上十字簧片5和下十字簧片13，引起上十字簧片5和下十字簧片13的振动，实现对高频的隔离和低频振动的通过，进而实现被动隔振功能；上十字簧片5和下十字簧片13的振动带动中心连接轴8的振动，进而带动缠绕在线圈骨架9上的励磁线圈10振动，通过励磁线圈10与定子11相对运动，实现阻尼效应对振动的衰减。同时，上十字簧片5的振动变形引起应变传感单元6输出一个电信号，通过此电信号能够得到一个应变信号，作为反馈信号，进入与应变传感单元6连接的外部控制器，外部控制器根据此应变信号经过控制算法计算得到驱动电压信号，驱动电压信号输入给压电作动器3，使得压电作动器3产生一个相反的扰动控制力，使得载荷对象振动衰减，从而实现主动控制。
Claims (3)
1.一种主被动隔振杆的主动控制传感方法，所述主被动隔振杆包括电磁阻尼器(1)、压电作动器(3)以及连接电磁阻尼器(1)和压电作动器(3)的柔性铰链(2)，还包括连接在压电作动器(3)端部的连接杆(4)；
所述电磁阻尼器(1)包括顶盖(7)、上十字梁簧片(5)、中心连接轴(8)、线圈骨架(9)、励磁线圈(10)、定子(11)、圆柱形外壳(12)、下十字梁簧片(13)和底盖(14)；励磁线圈(10)缠绕在线圈骨架(9)上整体间隙配合位于定子(11)内，定子(11)固定在圆柱形外壳(12)内，上十字梁簧片(5)和下十字梁簧片(13)紧配合穿过中心连接轴(8)，中心连接轴(8)与线圈骨架(9)固连，顶盖(7)、上十字梁簧片(5)、下十字梁簧片(13)、底盖(14)与圆柱形外壳(12)内壁相连；应变传感单元(6)粘贴在上十字梁簧片(5)上；
其特征在于：所述主动控制传感方法为：当有外界扰动作用在底盖(14)上时，底盖(14)将力传给上十字簧片(5)和下十字簧片(13)，引起上十字簧片(5)和下十字簧片(13)的振动，实现对高频的隔离和低频振动的通过，进而实现被动隔振功能；上十字簧片(5)和下十字簧片(13)的振动带动中心连接轴(8)的振动，进而带动缠绕在线圈骨架(9)上的励磁线圈(10)振动，通过励磁线圈(10)与定子(11)相对运动，实现阻尼效应对振动的衰减；
同时，上十字簧片(5)的振动变形引起应变传感单元(6)输出一个电信号，通过此电信号能够得到一个应变信号，作为反馈信号，进入与应变传感单元(6)连接的外部控制器，外部控制器根据此应变信号计算得到驱动电压信号，驱动电压信号输入给压电作动器(3)，使得压电作动器(3)产生一个相反的扰动控制力，使得载荷对象振动衰减，从而实现主动控制。
2.根据权利要求1所述的一种主被动隔振杆的主动控制传感方法，其特征在于：所述顶盖(7)中心孔的直径大于中心连接轴(8)直径的1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种主被动隔振杆的主动控制传感方法，其特征在于：所述上十字簧片(5)和下十字簧片(13)采用弹簧钢材料，中心连接轴(8)采用不锈钢材料，顶盖(7)、圆柱形外壳(12)和底盖(14)采用硬铝合金材料。
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