CN114607722B - 用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台及装配方法，属于隔振平台技术领域，本发明用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台，其设置有上平台体；下平台体布设在所述上平台下方；磁流变阻尼器连接在所述上平台体和所述下平台体之间；所述磁流变阻尼器具有外壳和设置于所述外壳内部的流通管，所述流通管外壁套设有磁感应线圈，所述流通管内部开设有储液腔，用于存储磁流变液，所述磁流变阻尼器包括六个，且所述磁流变阻尼器从所述下平台体朝向所述上平台体方向倾斜地延伸，本发明通过合理的结构和控制设计，实现了基于磁流变阻尼器与半主动隔振技术研发的半主动隔振平台能够有效地对微振动问题进行抑制。

Description

用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台及装配方法

技术领域

本发明涉及隔振平台技术领域，尤其涉及一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台。

背景技术

目前，随着光学遥感卫星的分辨率不断提升，在轨工作阶段的稳定性对光学遥感卫星上的光学载荷能否正常工作起到至关重要的作用。光学遥感卫星在轨运行的过程中，光学遥感卫星上所安装的飞轮或者控制力矩陀螺等运动部件在正常工作时可能会产生微小的振动。这种振动往往幅值较小，而且扰振频带较宽。这种微小的振动虽然不会造成光学遥感卫星结构上的破坏，但是会对光学遥感卫星上光学载荷的稳定性造成影响，进而可能造成光学载荷内部敏感光学元器件的实际工作状态与理想状态存在偏差，造成成像扭曲模糊变形，严重影响成像质量。

磁流变液所具有的特性是其在磁流变液被施加外磁场后，黏性、塑性和黏弹性等流变特性会迅速发生变化，其基本特征是在外磁场作用下能在毫秒级的瞬时从自由流动的液体变为一种半固体的状态，呈现出可以控制的屈服强度，并且这种变化是完全可逆的，反复施加磁场不会对其特性造成影响。磁流变液的流变特性会受到磁场变化而改变的这一特性称为磁流变效应。由于磁流变液具有良好的稳定性、驱动能耗低以及适应温度范围广等特性，基于磁流变液研制的磁流变阻尼器具有结构简单、响应快、阻尼力连续可调以及耗能小等优点。

半主动隔振控制技术是指根据实时的振动信息，通过闭环控制系统，计算得到振动抑制所需的控制信号，执行机构接收控制信号并通过改变阻尼或结构刚度的方式，抑制振动响应。半主动隔振控制技术相较于被动隔振技术，能够提供更好的隔振方案；相较于主动隔振控制技术，具有更高的稳定性与适应性。

因此，基于上述问题，如何通过合理的结构和控制设计，基于磁流变阻尼器与半主动隔振技术研发的半主动隔振平台能够有效地对微振动问题进行抑制，成为了本领域技术人员亟需解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台，包括：

上平台体；

下平台体，其布设在所述上平台下方；以及

磁流变阻尼器，其连接在所述上平台体和所述下平台体之间，所述磁流变阻尼器具有外壳和设置于所述外壳内部的流通管，所述流通管外壁套设有磁感应线圈，所述流通管内部开设有储液腔，用于存储磁流变液。

进一步的，所述磁流变阻尼器包括六个，且所述磁流变阻尼器从所述下平台体朝向所述上平台体方向倾斜地延伸。

进一步的，所述下平台体在水平面上的投影面积覆盖所述上平台体投影面积，所述上平台体通过万向铰链与所述磁流变阻尼器连接，所述下平台体通过球铰链与所述磁流变阻尼器连接。

进一步的，所述流通管一端固连有第一波纹管组件，另一端固连有第二波纹管组件，所述第一波纹管组件开设有用于注入所述磁流变液的输液口，所述输液口盖合有封盖，且所述第一波纹管位于所述封盖上方固连有能够贯穿所述外壳的上端连接件，所述第二波纹管组件底端与所述外壳固定连接。

进一步的，所述第一波纹管组件包括第一波纹管，所述第一波纹管一端通过第一法兰与所述上端连接件固定连接，所述第一波纹管另一端通过第二法兰与所述流通管固定连接，且所述第一法兰开设有所述输液口。

进一步的，所述第二波纹管组件包括第二波纹管和套设在所述第二波纹管外部并与所述流通管固定连接的安装架；

所述安装架下表面与所述外壳固定连接；

所述第二波纹管一端通过第三法兰与所述安装架顶端固定连接，所述第二波纹管另一端通过第四法兰与所述安装架底端固定连接。

进一步的，所述安装架开设有液体能够流通的过液通道，通过所述过液通道使所述第二波纹管组件与所述储液腔连通。

进一步的，所述外壳顶端固连有上端盖，所述外壳底端固连有下端盖，所述下端盖装设有下端连接件，所述下端连接件通过垫片与所述下端盖接触；

其中，所述外壳内壁与所述流通管外壁之间形成有中空腔室，所述中空腔室内设置有所述磁感应线圈。

进一步的，所述下平台体中心位置开设有工艺孔，所述工艺孔穿装有用于间隔地固定支撑所述上平台体和所述下平台体的工装体，且所述下平台体和所述上平台体均开设有安装孔，用于与所述工装体拆卸连接。

本发明公开的一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台装配方法，用于组装上述所述的用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台；

该方法包括以下步骤；

步骤S1：提供所述上平台体、所述下平台体、以及所述工装体，将所述上平台体和所述下平台体固定连接在所述工装体上，并通过定位销定位所述工装体与所述上平台体和所述下平台体之间的相对位置；

步骤S2：对步骤S中的所述上平台体和所述下平台体进行机械加工，依次获得所述上平台体和所述下平台体上的所述磁流变阻尼器的连接孔位；

或首先获得所述上平台体上的所述磁流变阻尼器的连接孔位，获得后，拆卸所述上平台体，对所述下平台体进行机械加工，在所述下平台体上所述磁流变阻尼器的连接孔位，并将所述下平台体从新组装在所述工装体上；

步骤S3：在所述上平台体的连接面上安装上铰链座，在所述下平台体的连接面上安装下铰链座，其次，依次组装所述磁流变阻尼器；

步骤S4：拆卸所述工装体。

在上述技术方案中，本发明提供的用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台及装配方法，有益效果：

1、该半主动隔振平台，其设置的六个磁流变阻尼器连接在上平台体和下平台体之间，磁流变阻尼器具有外壳和流通管，流通管外壁套设有磁感应线圈，流通管内部开设有用于存储磁流变液的储液腔，该结构中，磁流变阻尼器是半主动隔振平台实现隔振的核心部分，通过磁流变液提供的可控阻尼力实现微振动抑制效果，另外，该半主动隔振平台基于磁流变阻尼器而研发，其与现有技术中的隔振平台设计存在不同，这是由于光学遥感卫星微振动问题具有小量级、宽频带特性，并且卫星在发射后所处环境的环境为真空、无重力，因而对隔振平台执行机构的设计要求更为严苛；

2、该半主动隔振平台，其结合了一种最优模糊控制方法，最优控制和模糊控制技术，将计算获得的最优控制力和磁流变阻尼器的实际出力作为输入量，将磁流变阻尼器的输入电流作为输出量，建立模糊最优控制器，模糊最优控制能更快、更好的趋近最优控制力，能够有效的降低振动幅值，衰减振动能量；

3、本发明提供的用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台装配方法，通过该方法组装该半主动隔振平台可以实现较高的形位公差要求，保证装配精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明公开的一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台的整体结构示意图；

图2是本发明公开的一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台磁流变阻尼器的全剖视图；

图3是本发明公开的一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台上平台体和下平台体与工装体组装状态结构示意图。

附图标记说明：

1、封盖；2、第一法兰；3、第一波纹管；4、第二法兰；5、流通管；6、磁感应线圈；7、磁流变液；8、安装架；9、第三法兰；10、第二波纹管；11、第四法兰；12、上端连接件；13、上端盖；14、外壳；15、下端盖；16、垫片；17、下端连接件；18、上铰链座；19、上平台体；20、万向铰链；21、球铰链；22、下铰链座；23、下平台体；24、工装体。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1所示；

发明一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台，包括：上平台体19、下平台体23、磁流变阻尼器；

磁流变阻尼器连接在上平台体19和下平台体23之间；

磁流变阻尼器具有外壳14和设置于外壳14内部的流通管5，流通管5外壁套设有磁感应线圈6，流通管5内部开设有储液腔，用于存储磁流变液7，该结构中，磁流变阻尼器是半主动隔振平台实现隔振的核心部分，通过磁流变液7提供的可控阻尼力实现微振动抑制效果；

优选的实施例中，磁流变阻尼器包括六个，且磁流变阻尼器从下平台体23朝向上平台体19方向倾斜地延伸。

具体的，六个磁流变阻尼器周向分布在下平台体23和下平台体23边缘位置，并倾斜地支撑在上平台体19和下平台体23之间；

另一优选的实施例中，下平台体23在水平面上的投影面积覆盖上平台体19投影面积。也就是说上平台体19的在水平面上投影面积小于下平台体23的投影面，六个磁流变阻尼器以下平台体23为基准两个为一组，呈倒八字形朝向下平台体23中心方向倾斜地延伸，从而使单体磁流变阻尼器在三维空间内倾斜地以支腿的形式支撑在下平台体23和上平台体19之间，上平台体19通过万向铰链20与磁流变阻尼器顶端进行连接，下平台体19通过球铰链21与磁流变阻尼器底端进行连接，从而该半主动隔振平台整体形成立方体构型，实现各个自由度上的解耦，上平台体19、下平台体23主要负责与外部设备进行连接，设有相应的机械连接接口；

参见图2所示；

流通管5一端固连有第一波纹管组件，另一端固连有第二波纹管组件，第一波纹管组件开设有用于注入磁流变液7的输液口，输液口盖合有封盖1，且第一波纹管3位于封盖1上方固连有能够贯穿外壳14的上端连接件12，第二波纹管组件底端与外壳14固定连接。

具体的，该结构中，第一波纹管组件设置的第一法兰2上端开设有输液口，通过第一法兰2上端预留输液口，灌入磁流变液7，需要保证内部无空气输入，保证磁流变液充分填满内部，再将封盖1旋入输液口内盖合输液口，封盖1与第一法兰2接触面设置密封圈，上端连接件12与第一法兰2通过螺栓连接。

参见图2所示；

优选的，第一波纹管组件包括第一波纹管3，第一波纹管3一端通过第一法兰2与上端连接件12固定连接，第一波纹管3另一端通过第二法兰4与流通管5固定连接，在第一法兰2开设有输液口。

具体的，第一法兰2、第一波纹管3与第二法兰4通过焊接连接，形成一体结构，采用螺栓连接方式与圆形结构的流通管5连接，接触面设置密封圈。

参见图2所示；

优选的，第二波纹管组件包括第二波纹管10和套设在第二波纹管10外部并与流通管5固定连接的安装架8；

安装架8下表面与外壳14固定连接；具体的，安装架8与外壳14的下端盖15通过螺栓连接；

第二波纹管10一端通过第三法兰9与安装架8顶端固定连接，第二波纹管10另一端通过第四法兰11与安装架8底端固定连接。

具体的，第三法兰9、第二波纹管10与第四法兰11通过焊接连接，形成一体结构，第三法兰9上端与安装架8设有的安装接口，将第三法兰9与安装架8连接，并在接触面加入密封圈防止漏液，安装架8上端与圆形结构的流通管5通过螺栓连接，在接触面设置密封圈，优选的，安装架8开设有液体能够流通的过液通道，通过过液通道使第二波纹管组件与储液腔连通。

参见图2所示；

优选的，外壳14顶端固连有上端盖13，外壳14底端固连有下端盖15，下端盖15装设有下端连接件17，下端连接件17通过垫片16与下端盖15接触；其中，外壳14内壁与流通管5外壁之间形成有中空腔室，中空腔室内设置有磁感应线圈6。

具体的，外壳14套设在流通管5、第一波纹管组件、第二波纹管组件外部，且上端盖13开设有上连接件12能够穿过、并与上连接件12间隙配合的通孔，外壳14与下端盖15通过螺栓连接，下端连接件17与下端盖15通过螺纹直接连接，并在中间安装垫片16；

参见图3所示；

为保证该用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台具有较高的制造及安装精度，优选的，下平台体23中心位置开设有工艺孔，工艺孔穿装有用于间隔地固定支撑上平台体19和下平台体23的工装体24，且下平台体23和上平台体19均开设有安装孔，用于与工装体24拆卸连接。

发明一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台装配方法；用于组装上述用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台；

该方法包括以下步骤；

步骤S1：提供上平台体19、下平台体23、以及工装体24，将上平台体19和下平台体23固定连接在工装体24上，并通过定位销定位工装体24与上平台体19和下平台体23之间的相对位置；

具体的，该步骤中提供的上平台体19和下平台体23，为机械加工时，用于与外部设备转接的孔位和各个配合面以加工完毕，先不加工用于磁流变阻尼器定位及连接的孔位；

其次，额外加工连接工装体24，工装体24为圆柱体结构，其顶端安装有上平台体19，底端安装有下平台体23，工装体24与上平台体19与下平台体23通过螺栓连接，并打上销钉使三者位置确定。

步骤S2：对步骤S1中的上平台体19和下平台体23进行机械加工，依次获得上平台体19和下平台体23上的磁流变阻尼器的连接孔位；

或首先获得上平台体19上的磁流变阻尼器的连接孔位，获得后，拆卸上平台体19，对下平台体23进行机械加工，在下平台体23上磁流变阻尼器的连接孔位，并将下平台体23从新组装在工装体24上；

具体的，将步骤S1通过工装体24组装好的上平台体19和下平台体23整体装夹在机械加工设备上，按照设计要求对上平台体19、下平台体23的磁流变阻尼器连接孔位加工，该步骤中不仅限于对上平台体19、下平台体23的磁流变阻尼器连接孔位依次同时加工，当为了避免加工下平台体23的孔位时进刀干涉问题，可以选择将加工好的上平台体19卸下后，对下平台体23的磁流变阻尼器连接孔位进行加工，至此，上平台体19与下平台体23的整体结构加工完成，并且上平台体19与下平台体23的相对位置以及用于磁流变阻尼器连接的孔位确定完毕，之后再将上平台体19安装复位，为磁流变阻尼器的安装做准备；

步骤S3：在上平台体19的连接面上安装上铰链座18，在下平台体23的连接面上安装下铰链座22，其次，依次组装磁流变阻尼器；

步骤S4拆卸工装体24。该用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台装配完毕，通过以上加工及装配方法可以实现较高的形位公差要求。

在上述技术方案中，本发明提供的一种用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台：

工作原理如下：磁流变阻尼器在工作时，振动由下端连接件17向上传递，上端连接件12相对静止，下端连接件17连接圆形流通管5和第二法兰4运动，使磁流变液7受挤压后在流通管5内往复流动，流通管5存在着径向方向的磁场，通过改变施加磁场大小即可达到改变磁流变阻尼器阻尼出力的目的，通过测量六个磁流变阻尼器的运动位姿信息，并根据位姿信息通过控制率计算得到所需施加在磁流变阻尼器上的磁场，进而改变阻尼力，最终达到对微振动的抑制作用；

有益效果：

1、该半主动隔振平台，其设置的六个磁流变阻尼器连接在上平台体和下平台体之间，磁流变阻尼器具有外壳和流通管，流通管外壁套设有磁感应线圈，流通管内部开设有用于存储磁流变液的储液腔，该结构中，磁流变阻尼器是半主动隔振平台实现隔振的核心部分，通过磁流变液提供的可控阻尼力实现微振动抑制效果，另外，该半主动隔振平台基于磁流变阻尼器而研发，其与现有技术中的隔振平台设计存在不同，这是由于光学遥感卫星微振动问题具有小量级、宽频带特性，并且卫星在发射后所处环境的环境为真空、无重力，因而对隔振平台执行机构的设计要求更为严苛；

2、该半主动隔振平台，其结合了一种最优模糊控制方法，最优控制和模糊控制技术，将计算获得的最优控制力和磁流变阻尼器的实际出力作为输入量，将磁流变阻尼器的输入电流作为输出量，建立模糊最优控制器，模糊最优控制能更快、更好的趋近最优控制力，能够有效的降低振动幅值，衰减振动能量；

3、本发明提供的用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台装配方法，通过该方法组装该半主动隔振平台可以实现较高的形位公差要求，保证装配精度。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (2)

1.用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台，其特征在于，包括：

上平台体（19）；

下平台体（23），其布设在所述上平台下方；以及

磁流变阻尼器，其连接在所述上平台体（19）和所述下平台体（23）之间，所述磁流变阻尼器具有外壳（14）和设置于所述外壳（14）内部的流通管（5），所述流通管（5）外壁套设有磁感应线圈（6），所述流通管（5）内部开设有储液腔，用于存储磁流变液（7）；

其中，所述流通管（5）一端固连有第一波纹管组件，另一端固连有第二波纹管组件，所述第一波纹管组件开设有用于注入所述磁流变液（7）的输液口，所述输液口盖合有封盖（1），且所述第一波纹管（3）位于所述封盖（1）上方固连有能够贯穿所述外壳（14）的上端连接件（12），所述第二波纹管组件底端与所述外壳（14）固定连接；

所述第二波纹管组件包括第二波纹管（10）和套设在所述第二波纹管（10）外部并与所述流通管（5）固定连接的安装架（8）；

所述安装架（8）下表面与所述外壳（14）固定连接；

所述第二波纹管（10）一端通过第三法兰（9）与所述安装架（8）顶端固定连接，所述第二波纹管（10）另一端通过第四法兰（11）与所述安装架（8）底端固定连接；

所述安装架（8）开设有液体能够流通的过液通道，通过所述过液通道使所述第二波纹管组件与所述储液腔连通；

所述磁流变阻尼器包括六个，且所述磁流变阻尼器从所述下平台体（23）朝向所述上平台体（19）方向倾斜地延伸；

所述下平台体（23）在水平面上的投影面积覆盖所述上平台体（19）投影面积，所述上平台体（19）通过万向铰链（20）与所述磁流变阻尼器连接，所述下平台体（23）通过球铰链（21）与所述磁流变阻尼器连接；

所述第一波纹管组件包括第一波纹管（3），所述第一波纹管（3）一端通过第一法兰（2）与所述上端连接件（12）固定连接，所述第一波纹管（3）另一端通过第二法兰（4）与所述流通管（5）固定连接，且所述第一法兰（2）开设有所述输液口；

所述外壳（14）顶端固连有上端盖（13），所述外壳（14）底端固连有下端盖（15），所述下端盖（15）装设有下端连接件（17），所述下端连接件（17）通过垫片（16）与所述下端盖（15）接触；

其中，所述外壳（14）内壁与所述流通管（5）外壁之间形成有中空腔室，所述中空腔室内设置有所述磁感应线圈（6）；

所述下平台体（23）中心位置开设有工艺孔，所述工艺孔穿装有用于间隔地固定支撑所述上平台体（19）和所述下平台体（23）的工装体（24），且所述下平台体（23）和所述上平台体（19）均开设有安装孔，用于与所述工装体（24）拆卸连接。

2.用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台装配方法，其特征在于；用于组装权利要求1所述的用于光学遥感卫星微振动的半主动隔振平台；

该方法包括以下步骤；

步骤S1：提供所述上平台体（19）、所述下平台体（23）、以及所述工装体（24），将所述上平台体（19）和所述下平台体（23）固定连接在所述工装体（24）上，并通过定位销定位所述工装体（24）与所述上平台体（19）和所述下平台体（23）之间的相对位置；

步骤S2：对步骤S1中的所述上平台体（19）和所述下平台体（23）进行机械加工，依次获得所述上平台体（19）和所述下平台体（23）上的所述磁流变阻尼器的连接孔位；

或首先获得所述上平台体（19）上的所述磁流变阻尼器的连接孔位，获得后，拆卸所述上平台体（19），对所述下平台体（23）进行机械加工，在所述下平台体（23）上所述磁流变阻尼器的连接孔位，并将所述下平台体（23）从新组装在所述工装体（24）上；

步骤S3：在所述上平台体（19）的连接面上安装上铰链座（18），在所述下平台体（23）的连接面上安装下铰链座（22），其次，依次组装所述磁流变阻尼器；

步骤S4拆卸所述工装体（24）。