RU2224295C2 - Physical model of spatial system of active vibration insulation and guidance - Google Patents
Physical model of spatial system of active vibration insulation and guidance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2224295C2 RU2224295C2 RU2001127739/11A RU2001127739A RU2224295C2 RU 2224295 C2 RU2224295 C2 RU 2224295C2 RU 2001127739/11 A RU2001127739/11 A RU 2001127739/11A RU 2001127739 A RU2001127739 A RU 2001127739A RU 2224295 C2 RU2224295 C2 RU 2224295C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active vibration
- platform
- physical model
- guidance
- vibration
- Prior art date
Links
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области физического моделирования пространственных многостепенных подвижных сложных технических систем, в частности пространственной системы подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации, самоадаптируемых пространственных узлов стыковки и мягкой посадки космических и других технических объектов, а также пространственных механизмов перемещения рабочих органов металлорежущих станков и контрольно-измерительных машин с параллельной кинематикой. The invention relates to the field of physical modeling of spatial multi-stage mobile complex technical systems, in particular a spatial system for suppressing interference from vibrations of the elastic structure of a space transformable antenna during operation, self-adaptive spatial nodes for docking and soft landing of space and other technical objects, as well as spatial mechanisms for moving working bodies metal cutting machines and control machines with parallel kinematics Coy.
Известны "Способ подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации и устройство для его осуществления" (патент РФ 2161109, МПК В 64 С 1/00, 1/22, 3/00, 1999 г. ), которые реализуются за счет активной виброизолирующей подвески, выполненной в виде манипулятора, включающего не менее шести единичных модулей с линейными приводами одинакового конструктивного исполнения и сферическими (или эквивалентными им) опорами на концах, шарнирно связывающих между собой основание (жесткие точки крепления на космическом аппарате) и жесткую платформу с установленной на ней упругой конструкцией космической трансформируемой антенны с образованием при выключенных линейных приводах пространственной фермы. При этом согласованным изменением (с помощью линейных приводов) длин единичных модулей осуществляют один из следующих режимов управления динамикой конструкции антенны или их комбинации:
- виброизоляция космического аппарата при раскрытии конструкции антенны;
- подавление колебаний конструкции антенны, вызванных раскрытием антенны и внешними факторами;
- виброизоляция конструкции антенны от микродинамических воздействий, вызванных работой систем космического аппарата в процессе эксплуатации;
- юстировка и наведение оси антенны (главного лепестка диаграммы направленности) на исследуемый объект.The well-known "Method of suppressing interference from oscillations of the elastic structure of a space transformable antenna during operation and a device for its implementation" (RF patent 2161109, IPC B 64 C 1/00, 1/22, 3/00, 1999), which are implemented for account of the active vibration-isolating suspension, made in the form of a manipulator, including at least six single modules with linear drives of the same design and spherical (or equivalent) bearings at the ends, articulating between them the base (rigid mounting points on osmicheskom unit) and a rigid platform mounted thereon with an elastic transformable antenna design space to form linear drives are turned off at the space truss. At the same time, one of the following modes of controlling the dynamics of the antenna structure or their combination is carried out by a coordinated change (using linear drives) of the lengths of individual modules:
- vibration isolation of the spacecraft during disclosure of the antenna structure;
- suppression of fluctuations in the antenna design caused by the disclosure of the antenna and external factors;
- vibration isolation of the antenna structure from microdynamic effects caused by the operation of spacecraft systems during operation;
- alignment and guidance of the axis of the antenna (main lobe of the radiation pattern) on the object under study.
Для успешной реализации приведенного технического решения необходимо провести его испытания на функционирование, что требует изготовление полномасштабной (с целью исключения влияния масштабного фактора) физической модели. Для этого необходимо выполнение следующих работ:
1. Разработка конструкторской документации (КД) на физическую модель.For the successful implementation of the above technical solution, it is necessary to test it for functioning, which requires the manufacture of a full-scale (in order to exclude the influence of the scale factor) physical model. To do this, the following work is required:
1. Development of design documentation (CD) for a physical model.
2. Изготовление физической модели. 2. Production of a physical model.
3. Корректировка ТСД по результатам изготовления физической модели. 3. Correction of TSD according to the results of the manufacture of a physical model.
4. Проведение приемосдаточных испытаний (ПСИ) физической модели. 4. Carrying out acceptance tests (PSI) of the physical model.
5. Корректировка КД по результатам ПСИ. 5. Correction of CD based on the results of PSI.
6. Проведение лабораторно-отработочных испытаний (ЛОИ) на функционирование физический модели с целью проверки правильности выбранных конструкторско-технологических решений разработки. 6. Conducting laboratory developmental tests (LOI) on the functioning of the physical model in order to verify the correctness of the selected design and technological development solutions.
7. Корректировка КД по результатам ЛОИ. 7. Correction of CD based on the results of LOI.
8. Проведение исследований физической модели с целью отработки алгоритмов и программ и верификации математической модели системы управления изделием. 8. Conducting studies of the physical model in order to develop algorithms and programs and verify the mathematical model of the product control system.
Представленный далеко неполный перечень работ по созданию полномасштабной физической модели устройства подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации показывает, что для их выполнения, учитывая высокую категории") сложности изделия, требуется затратить значительные временные и финансовые ресурсы, что не всегда представляется возможным. Так, например, на создание сложной технической системы, включающей пространственные механизмы, управляемые от ЭВМ, затрачивается с момента разработки технического задания до ее ввода в эксплуатацию от 5 до 7 лет. Изготовление же физических моделей таких систем в уменьшенном масштабе неизбежно приводит к негативным последствиям масштабного эффекта, когда полученные результаты испытаний уменьшенной физической модели не коррелируют с реальным изделием. D результате - потери временных и финансовых ресурсов. Следует также отметить, что приведенное техническое решение является новым и его физическая модель до настоящего времени не создавалась. The far from complete list of works on creating a full-scale physical model of a device for suppressing interference from vibrations of the elastic structure of a space-borne transformable antenna during operation shows that, given their high category ") of product complexity, considerable time and financial resources are required, which is not always represented So, for example, it takes a moment to create a complex technical system that includes spatial mechanisms controlled by a computer The development of technical specifications before its commissioning is from 5 to 7. The production of physical models of such systems on a reduced scale inevitably leads to negative consequences of the scale effect, when the obtained test results of the reduced physical model do not correlate with the real product. It should also be noted that the technical solution presented is new and its physical model has not yet been created.
Известна также физическая модель единичного независимого шарнирно-рычажного механизма (виброизолятора). Шесть таких независимых механизмов, шарнирно связывающих основание с платформой с образованием при выключенных приводах геометрически неизменяемой системы, при согласованной работе способны обеспечить пространственную активную виброизоляцию полезной нагрузки, установленной на платформе относительно вибрирующего основания (патент РФ 2091630, МПК F 16 F 15/06. Способ виброизоляции и виброизолятор. Синев А.В., Рыбак Л. А. и др., опубл. 27.09.1997 г., Бюл. 27). Физическое моделирование данной пространственной системы активной виброизоляции осуществлялось на уменьшенном в масштабе макете одномерной активной системы виброизоляции кинематического принципа действия, описанном в гл. 8 монографии: Л.А. Рыбак, А.В. Синев, А.И. Пашков. Синтез активных систем виброизоляции на космических объектах. - М.: Янус - К, 1997 (с.139-157). В целях упрощения реализации данной физической модели она представлялась эквивалентным стержнем, способным управляемо изменять свою длину I0. На рис.6.4 (там же, с.99) представлено схемно-техническое решение описанной выше физической модели одномерной активной системы виброизоляции кинематического принципа действия, из которого видно, что эквивалентный стержень переменной длины создается качательными движениями рычагов параллелограммного механизма за счет изменения длины между центрами шарниров Гука А и В.Also known is a physical model of a single independent articulated lever mechanism (vibration isolator). Six such independent mechanisms that articulate the base with the platform with the formation of a geometrically unchanged system when the drives are off, with coordinated work, are able to provide spatial active vibration isolation of the payload mounted on the platform relative to the vibrating base (RF patent 2091630, IPC F 16 F 15/06. Method vibration isolation and vibration isolator Sinev A.V., Rybak L.A. et al., published on 09.27.1997, Bull. 27). Physical modeling of this spatial system of active vibration isolation was carried out on a scaled-down model of the one-dimensional active vibration isolation system of the kinematic principle of operation described in Sec. 8 monographs: L.A. Rybak, A.V. Sinev, A.I. Pashkov. Synthesis of active vibration isolation systems on space objects. - M .: Janus - K, 1997 (p.139-157). In order to simplify the implementation of this physical model, it seemed to be an equivalent rod capable of controllably changing its length I 0 . Fig. 6.4 (ibid., P. 99) shows a schematic technical solution of the physical model of the one-dimensional active vibration isolation system of the kinematic principle of operation described above, which shows that an equivalent rod of variable length is created by swinging movements of the levers of the parallelogram mechanism by changing the length between the centers Hooks A and B.
Указанная физическая модель имеет следующие недостатки:
1. Так как приведенная физическая модель является одномерной и выполнена в уменьшенном масштабе, то при использовании результатов ее исследований в пространственной системе активной виброизоляции и наведения, например, по патенту РФ 2161109, МПК B 64 G 1/00, 1/22, 3/00, 1999 г., "Способ подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации и устройство для его осуществления", крайне сложно учесть взаимное влияние одномерных активных систем виброизоляции друг на друга в процессе эксплуатации, что снижает точность и, следовательно, ценность физического моделирования.The specified physical model has the following disadvantages:
1. Since the physical model is one-dimensional and is made on a reduced scale, when using the results of its research in a spatial system of active vibration isolation and guidance, for example, according to RF patent 2161109, IPC B 64 G 1/00, 1/22, 3 / 00, 1999, “A method for suppressing interference from vibrations of the elastic structure of a space-borne transformable antenna during operation and a device for its implementation”, it is extremely difficult to take into account the mutual influence of one-dimensional active vibration isolation systems on each other during operation, which reduces the accuracy and therefore the value of physical modeling.
2. Данная физическая модель выполнена в виде пантографа, в связи с чем при выключении привода она не способна образовать жесткий стержень и соответственно в пространственной системе активной виброизоляции - пространственную ферму, что также неизбежно приведет к снижению точности физического моделирования и ценности результатов экспериментальных исследований. 2. This physical model is made in the form of a pantograph, and therefore, when the drive is turned off, it is not able to form a rigid rod and, accordingly, in a spatial system of active vibration isolation, it is a spatial truss, which will also inevitably lead to a decrease in the accuracy of physical modeling and the value of the results of experimental studies.
3. Низкая точность моделирования на приведенной выше физической модели не позволит корректно использовать результаты ее экспериментальных исследований для верификации математической модели пространственной системы активной виброизоляции и наведения. В результате снижается точность и соответственно эффективность математического моделирования пространственной системы активной виброизоляции и наведения, что, в свою очередь, неизбежно приведет к увеличению финансовых и временных затрат на создание опытного образца штатной системы. 3. The low accuracy of the simulation on the above physical model will not allow the correct use of the results of its experimental studies to verify the mathematical model of the spatial system of active vibration isolation and guidance. As a result, the accuracy and, accordingly, the efficiency of mathematical modeling of the spatial system of active vibration isolation and guidance are reduced, which, in turn, will inevitably lead to an increase in financial and time costs for creating a prototype of a standard system.
В то же время проведенный анализ показал, что известные в настоящее время авиационные тренажеры с шестистепенной системой подвижности, управляемой от ЭВМ, например, выпускаемый отечественной промышленностью (ПКБМ г.Пенза и ВНИИ "Сигнал" г.Ковров) шестистепенной динамический стенд типа КТС ТУ-204 (см. описание изобретения "Динамический многостепенной стенд" к патенту РФ 2129305, МПК G 09 B 9/08, F 15 B 9/17, 1996 г. - прототип), могут идеально подойти в качестве полномасштабных геометрических и кинематических аналогов приведенной выше системы подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации, т. е. могут быть применены в качестве ее полномасштабной физической модели. At the same time, the analysis showed that currently known flight simulators with a six-degree system of mobility controlled by a computer, for example, manufactured by the domestic industry (PKBM of Penza and VNII "Signal" of Kovrov) are a six-degree dynamic stand of the KTS TU- type 204 (see the description of the invention "Dynamic multi-stage stand" to the patent of the Russian Federation 2129305, IPC G 09 B 9/08, F 15 B 9/17, 1996 - prototype), can be ideally suited as full-scale geometric and kinematic analogues of the above suppression systems x from vibrations of the elastic structure of the space transformable antenna during operation, i.e., can be used as its full-scale physical model.
Однако следует отметить, что шестистепенные авиационные тренажеры предназначены не для моделирования систем активной виброизоляции с одновременным их наведением в пространстве, а для имитации акселерационных воздействий на летчика и сам летательный аппарат. However, it should be noted that six-stage aircraft flight simulators are not intended for modeling active vibration isolation systems with their simultaneous guidance in space, but for simulating acceleration effects on the pilot and the aircraft itself.
Так, например, известно, что авиационные тренажеры предназначены для воспроизведения условий, в которых находится экипаж во время полета, в частности для имитации акселерационных воздействий (перегрузок) (В.А. Боднер и др. Авиационные тренажеры / В.А. Боднер, P.A. Закиров, И.И. Смирнова. - М. : Машиностроение, 1978. С.5). For example, it is known that flight simulators are designed to reproduce the conditions in which the crew is in flight, in particular, to simulate acceleration effects (overloads) (V.A. Bodner and others. Aviation simulators / V.A. Bodner, PA Zakirov, I.I. Smirnova. - M.: Mechanical Engineering, 1978. P. 5).
Известен также комплексный тренажер самолета (КТС) с шестистепенной системой подвижности кабины (динамический стенд), предназначенный для имитации акселерационных воздействий на летчика на частотах от низких до средних в зависимости от амплитудных ограничений (Красовский А.А. Основы теории авиационных тренажеров. - М.: Машиностроение, 1995. С.232-244). Шестистепенной КТС содержит шесть гидроцилиндров с максимальным ходом 1,5,...2 м. Каждый гидроцилиндр снабжен датчиком позиционной обратной связи, обеспечивающим позиционирование. Опоры шарового шарнирного типа каждой из трех пар гидроцилиндров на полу помещения (железобетонном основании) совмещены или расположены близко друг к другу. Такие же опоры на полу кабины образуют треугольник. Каждая пара рабочих гидроцилиндров образует две стороны треугольника. При согласованном изменении длины этих сторон, т.е. при перемещении штоков гидроцилиндров, изменяется положение кабины (там же, с.233 и рис.8.9). Also known is a comprehensive simulator of aircraft (CTS) with a six-degree cockpit mobility system (dynamic stand) designed to simulate acceleration effects on a pilot at low to medium frequencies depending on amplitude limitations (Krasovsky A.A. Fundamentals of the theory of aviation simulators. - M. : Engineering, 1995. S.232-244). The six-stage KTS contains six hydraulic cylinders with a maximum stroke of 1.5, ... 2 m. Each hydraulic cylinder is equipped with a position feedback sensor that provides positioning. The ball joint bearings of each of the three pairs of hydraulic cylinders on the floor of the room (reinforced concrete base) are aligned or located close to each other. The same supports on the cab floor form a triangle. Each pair of working hydraulic cylinders forms two sides of a triangle. With a consistent change in the length of these sides, i.e. when moving the rods of the hydraulic cylinders, the position of the cab changes (ibid., p. 233 and fig. 8.9).
Таким образом, применение известных в настоящее время авиационных тренажеров с шестистепенной системой подвижности, управляемых от ЭВМ, в качестве полномасштабной физической модели устройства подавления помех от колебаний упругой конструкции космической антенны в процессе эксплуатации позволит определить законы движения (управления) платформы, при которых система подвижности будет не генерировать акселерационные воздействия на объект, установленный на платформе, а наоборот, с помощью управляемого от ЭВМ согласованного изменения длин линейных приводов системы подвижности будет осуществлять парирование акселерационных воздействий, направленных от источника возмущений к защищаемому объекту (конструкции космической антенны) с возможностью его наведения в пространстве. Thus, the use of currently known aircraft simulators with a six-degree system of mobility, controlled by a computer, as a full-scale physical model of a device for suppressing noise from oscillations of the elastic structure of a space antenna during operation will allow us to determine the laws of motion (control) of the platform at which the mobility system will not to generate acceleration effects on an object installed on the platform, but rather, using a coordinated change from a computer yn linear actuators mobility system will carry parry influences of acceleration directed from the perturbation source to the protected object (space antenna design), with its guidance in space.
Изобретение направлено на снижение временных и финансовых затрат, необходимых для создания физической модели и проведения ее исследований, проведение корректной верификации математической модели пространственной системы активной виброизоляции и поведения и, как следствие, повышение точности физического и математического моделирования, что позволит снизить финансовые и временные затраты на создание опытного образца штатной системы, а также повысить коэффициент использования в авиационной промышленности шестистепенных динамических стендов типа KTC ТУ-204. The invention is aimed at reducing the time and financial costs necessary to create a physical model and conduct its research, conducting the correct verification of the mathematical model of the spatial system of active vibration isolation and behavior and, as a result, improving the accuracy of physical and mathematical modeling, which will reduce financial and time costs creating a prototype of a full-time system, as well as increasing the utilization rate of six-speed dynamically in the aviation industry KTC x 204 TU-type stands.
Это достигается тем, что в физической модели пространственной системы активной виброизоляции и наведения, содержащей активную виброизолирующую шестистепенную систему подвижности с основанием и платформой, шарнирно связанными между собой линейными приводами, управляемыми от ЭВМ, и источник вибровозмущений, активная виброизолирующая шестистепенная система подвижности выполнена в виде эксплуатируемого в авиационной промышленности динамического шестистепенного стенда комплексного тренажера самолета, при этом источник вибровозмущений установлен на платформе через датчики силы с возможностью поворота по азимуту и углу места. This is achieved by the fact that in the physical model of the spatial system of active vibration isolation and guidance, containing an active vibration-isolating six-degree mobility system with a base and platform articulated by linear actuators controlled from a computer, and a source of vibration perturbations, an active vibration-isolating six-degree mobility system is designed as an operated in the aviation industry, a six-step dynamic stand of an integrated airplane simulator, while the source is vibration-absorbing s mounted on the platform via force sensors pivotable in azimuth and elevation.
Важными обстоятельствами в пользу эффективности исполнения активной шестистепенной системы подвижности физической модели пространственной системы активной виброизоляции и наведения в виде эксплуатируемого в авиационной промышленности динамического шестистепенного стенда комплексного тренажера самолета являются:
1. В настоящее время практически все отечественные авиационные объединения, занимающиеся созданием самолетов и вертолетов, оснащены динамическими многостепенными стендами, в том числе выпускаемыми отечественной промышленностью (ПКБМ г. Пенза и ВНИИ "Сигнал" г.Ковров) шестистепенными динамическими стендами типа KTC ТУ-204 (см. описание изобретения "Динамический многостепенной стенд" к патенту РФ 2129305, МПК G 09 B 9/08, F 15 B 9/17, 1996 г. ), предназначенными для имитации акселерационных эффектов. Проведенный анализ показал, что данный шестистепенной динамический стенд типа KTC ТУ-204 практически идеально подходит в качестве физической модели пространственной системы активной виброизоляции и наведения устройства подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации по указанному выше патенту РФ 2161109, МПК B 64 G 1/00, 1/22, 3/00, 1999 г., т.к. является не только кинематическим, но и геометрическим полномасштабным аналогом (габаритные размеры стенда и его элементов практически совпадают с размерами переходной фермы, связывающей космический аппарат с конструкцией трансформируемой антенны космического радиотелескопа и выполненной в виде пространственной системы активной виброизоляции и наведения).Important circumstances in favor of the performance of the active six-step system of mobility of the physical model of the spatial system of active vibration isolation and guidance in the form of a dynamic six-step stand of an integrated simulator used in the aviation industry are:
1. At present, almost all domestic aviation associations involved in the creation of airplanes and helicopters are equipped with dynamic multi-stage stands, including those produced by the domestic industry (PKBM of Penza and the All-Russian Research Institute "Signal" of Kovrov) with six-degree dynamic stands of the KTC TU-204 type. (see the description of the invention "Dynamic multi-stage stand" to the patent of the Russian Federation 2129305, IPC G 09 B 9/08, F 15 B 9/17, 1996), designed to simulate acceleration effects. The analysis showed that this six-step dynamic stand of the KTC TU-204 type is almost ideally suited as a physical model of a spatial system for active vibration isolation and guidance of a device for suppressing interference from vibrations of the elastic structure of a space transformable antenna during operation according to the aforementioned RF patent 2161109, IPC B 64 G 1/00, 1/22, 3/00, 1999, since It is not only a kinematic, but also a geometric full-scale analogue (the overall dimensions of the stand and its elements practically coincide with the dimensions of the transition truss connecting the spacecraft with the structure of the transformable antenna of the space radio telescope and made in the form of a spatial system of active vibration isolation and guidance).
2. Из-за наблюдаемого в последние годы спада производства коэффициент использования в авиационной промышленности динамических шестистепенных стендов типа КТС ТУ-204 крайне низкий. Применение данных стендов по новому назначению, включая и применение в качестве физических моделей других объектив техники, например пространственных механизмов перемещения рабочих органов металлорежущих станков и контрольно-измерительных машин с параллельной кинематикой, имеющих в настоящее время приоритетное направление в развитии (Концепция развития иновационного станкостроения // Приводная техника, 6, 2000, с.12-17 и Белянин П.Н. Об основных направлениях совершенствования конструкций металлорежущих станков // Проблемы машиностроения и надежности машин, 6, 2000, с.3-14), позволит повысить коэффициент их использования, причем названные выше механизмы также имеют совпадающую кинематику и геометрические размеры с вышеназванным стендом. При этом следует также отметить важность моделирования работы механизмов с параллельной кинематикой в зонах особых положений, в которых они теряют управляемость. 2. Due to the decline in production observed in recent years, the utilization rate in the aviation industry of dynamic six-degree stands of the KTS TU-204 type is extremely low. The use of these stands for a new purpose, including the use of other lenses as physical models, for example, spatial mechanisms for moving the working bodies of metal-cutting machines and control and measuring machines with parallel kinematics, which are currently a priority in development (The concept of development of innovative machine-tool industry // Drive technology, 6, 2000, pp. 12-17 and PN Belyanin. On the main directions of improving the designs of metal cutting machines // Problems of mechanical engineering and reliability of machines, 6, 2000, pp. 3-14), will increase the coefficient of their use, and the mechanisms mentioned above also have the same kinematics and geometric dimensions with the aforementioned stand. It should also be noted the importance of modeling the operation of mechanisms with parallel kinematics in zones of special positions in which they lose controllability.
На чертеже представлено схематичное изображение динамического шестистепенного стенда, используемого в качестве активной виброизолирующей шестистепенной системы подвижности полномасштабной физической модели пространственной системы активной виброизоляции и наведения устройства подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации. The drawing shows a schematic representation of a dynamic six-stage stand used as an active vibration-isolating six-degree mobility system of a full-scale physical model of a spatial system of active vibration isolation and guidance of a device for suppressing interference from elastic vibrations of a space-borne transformed antenna during operation.
Динамический многостепенной стенд 1, например, выпускаемый отечественной промышленностью (ПКБМ г. Пенза и ВНИИ "Сигнал" г. Ковров) шестистепенной динамический стенд типа КТС ТУ-204 (см. описание изобретения "Динамический многостепенной стенд" к патенту РФ 2129305, МПК G 09 B 9/08, F 15 B 9/17, 1996 г. ), применяемый в качестве активной виброизолирующей шестистепенной системы подвижности полномасштабной физической модели пространственной системы активной виброизоляции и наведения, например, по патенту РФ 2161109, МПК B 64 G 1/00, 1/22, 3/00, 1999 г., "Способ подавления помех от колебаний упругой конструкции космической трансформируемой антенны в процессе эксплуатации и устройство для его осуществления", представляет собой шестистепенную систему подвижности, выполненную в виде жесткой платформы 2 (чертеж) с полезной нагрузкой (условно не показана), представляющей 1 - координатный манипулятор (Колискор А.Ш. Разработка и исследование промышленных роботов на основе 1-координат // Станки и инструмент, 1982. 12. С.21-24) и управляемой относительно жесткого неподвижного основания 3 шестью гидроцилиндрами 4, гидравлически связанными с гидронасосной станцией и электрогигдрооборудованием (условно не показаны), электрически связанных с управляющей ЭВМ (условно не показана). При этом платформа 2 и неподвижное основание 3 связаны между собой замкнутой кинематической цепью, каждое из соединительных звеньев которой содержит линейный привод в виде гидроцилиндра 4 и две сферические кинематические пары 5 с ограничением от вращения соединительного звена относительно его продольной оси или эквивалентные им комбинации кинематических пар, обеспечивающих необходимое число степеней свободы. Каждый силовой гидроцилиндр 4 имеет устройство для измерения длины его выдвижения (датчики относительных, перемещения, скорости и ускорения) и в комплекте с ним, гидроусилителем и электрической схемой управления образует следящую систему, управляемую внешним задающим сигналом, поступающим от управляющей ЭВМ динамического многостепенного стенда 1 и обеспечивающим разложение управляющих сигналов по координатам, соответствующим каждому силовому гидроцилиндру 4. Согласованная работа шести приводов шестистепенной системы подвижности позволяет обеспечить шесть степеней свободы платформы 2 относительно неподвижного основания 3 и соответствующие акселерационные воздействия на полезную нагрузку, устанавливаемую на платформу 2. Dynamic multi-stage stand 1, for example, manufactured by the domestic industry (PKBM of Penza and the All-Russian Research Institute "Signal" of Kovrov) a six-degree dynamic stand of the KTS TU-204 type (see the description of the invention "Dynamic multi-stage stand" to RF patent 2129305, IPC G 09 B 9/08, F 15 B 9/17, 1996), used as an active vibration-isolating six-degree system of mobility of a full-scale physical model of a spatial system of active vibration isolation and guidance, for example, according to the patent of the Russian Federation 2161109, IPC B 64 G 1/00, 1/22, 3/00, 1999, "Method for suppressing interference about t oscillations of the elastic structure of the space transformable antenna during operation and a device for its implementation, "is a six-stage mobility system made in the form of a rigid platform 2 (drawing) with a payload (not shown conventionally), representing a 1 - coordinate manipulator (Koliskor A. Sh. Development and research of industrial robots based on 1-coordinates // Machine tools and tools, 1982. 12. P.21-24) and controlled relatively rigid fixed base 3 by six hydraulic cylinders 4, hydraulically Hydraulic power station with-bound and elektrogigdrooborudovaniem (are not shown), electrically connected with the control computer (not shown conditionally). In this case, the platform 2 and the fixed base 3 are interconnected by a closed kinematic chain, each of the connecting links of which contains a linear actuator in the form of a hydraulic cylinder 4 and two spherical kinematic pairs 5 with restriction from rotation of the connecting link relative to its longitudinal axis, or equivalent combinations of kinematic pairs, providing the necessary number of degrees of freedom. Each power hydraulic cylinder 4 has a device for measuring the length of its extension (relative, displacement, speed and acceleration sensors) and, together with it, a hydraulic booster and an electric control circuit, forms a tracking system controlled by an external driving signal from a control computer of a dynamic multi-stage stand 1 and providing the expansion of control signals in the coordinates corresponding to each power hydraulic cylinder 4. Coordinated work of six drives of a six-degree mobility system in Will provide six degrees of freedom of the platform 2 relative to the fixed frame 3 and the corresponding effects of acceleration on a payload mounted on the platform 2.
Физическая модель пространственной системы активной виброизоляции и наведения реализована следующим образом. The physical model of the spatial system of active vibration isolation and guidance is implemented as follows.
К точкам на платформе 2 динамического многостепенного стенда 1, совпадающими с точками крепления штатной полезной нагрузки, например, конструкции космической трансформируемой антенны, требующей низкочастотной виброзащиты, через датчики силы 6 устанавливается с возможностью поворота относительно платформы 2 по азимуту и углу места, например, с помощью станочного приспособления фрезерного станка (условно не показано), источник низкочастотных вибровозмущений 7 (от 0 до 10 Гц в зависимости от амплитуды), при этом платформа 2 расположена симметрично относительно вертикальной оси. Датчики силы, источник низкочастотных вибровозмущений и приеморегистрирующая аппаратура с компьютерной обработкой данных (условно не показаны) могут быть как зарубежной, так и отечественной комплектации. После определения критических значений низкочастотных амлитудно-частотных характеристик штатных источников вибровозмущений и направлений их воздействия на полезную нагрузку в пространстве, при которых требуется обеспечение виброзащиты, включается источник низкочастотных вибровозмущений 7 на одном из выбранных критических режимов, установленный в пространстве с помощью станочного приспособления относительно платформы 2 таким образом, чтобы направление действия вибровозмущений соответствовало для данного режима, при этом датчики силы 6 показывают значения передаваемых на платформу вибровозмущений. Затем подбирается такой закон движения платформы 2 с источником низкочастотных вибровозмущений 7, при котором произойдет уменьшение передачи вибровозмущений от источника низкочастотных вибровозмущений 7 к платформе 2 до требуемых значений, фиксируемое датчиками силы 6. Более просто эта операция физического моделирования может быть реализована следующим образом. С помощью согласованной работы гидроцилиндров 4 организуется колебательное движение платформы 2 относительно основания 3 с амплитудно-частотными характеристиками, соответствующими данному критическому режиму. Затем включается низкочастотный источник вибровозмущений 7 и осуществляется управляемое изменение его фазы до тех пор пока датчики силы 6 не покажут уменьшение передачи вибровозмущений от источника низкочастотных вибровозмущений 7 к платформе 2 до требуемых значений. Полученное соотношение фаз колебаний платформы 2 и низкочастотного источника вибровозмущений 7 даст требуемый закон движения платформы 2 в режиме активной виброизоляции. Аналогично проводят операции физического моделирования пространственной системы виброизоляции и наведения для остальных критических режимов, соответственно меняя при этом как амплитудно-частотные характеристики режимов, так и соответствующие им направления действия вибровозмущений в пространстве. При физическом моделировании режима, когда требуется обеспечить активную виброизоляцию в меняющихся во времени критических режимах с одновременным наведением или угловой стабилизацией оси симметрии платформы 2 в пространстве, движение платформы 2 в режимах активной виброизоляции осуществляется относительно основания 3 таким образом, чтобы при колебаниях платформы 2 обеспечивалась бы наведение или угловая стабилизация ее оси симметрии в пространстве. To the points on the platform 2 of the dynamic multi-stage stand 1, which coincide with the fastening points of the standard payload, for example, the design of a space-borne transformable antenna that requires low-frequency vibration protection, it is installed through force sensors 6 with the possibility of rotation relative to platform 2 in azimuth and elevation, for example, using machine tool milling machine (not shown conditionally), the source of low-frequency vibration disturbances 7 (from 0 to 10 Hz depending on the amplitude), while the platform 2 is located symmet relative to the vertical axis. The force sensors, the source of low-frequency vibration disturbances and the reception and recording equipment with computer data processing (not shown conditionally) can be both foreign and domestic configuration. After determining the critical values of the low-frequency amplitude-frequency characteristics of standard sources of vibration disturbances and the directions of their impact on the payload in space, which require vibration protection, the source of low-frequency vibration disturbances 7 is turned on at one of the selected critical modes, installed in space using a machine tool relative to platform 2 so that the direction of action of vibration disturbances is consistent for this mode, while the sensors forces 6 show the values of vibration disturbances transmitted to the platform. Then, such a law of motion of platform 2 with a source of low-frequency vibration perturbation 7 is selected, in which there will be a decrease in the transmission of vibration perturbations from the source of low-frequency vibration perturbation 7 to platform 2 to the required values, recorded by force sensors 6. More simply, this physical modeling operation can be implemented as follows. Using the coordinated operation of the hydraulic cylinders 4, the oscillatory movement of the platform 2 relative to the base 3 is organized with the amplitude-frequency characteristics corresponding to this critical mode. Then the low-frequency source of vibration disturbances 7 is turned on and a controlled change in its phase is carried out until the force sensors 6 show a decrease in the transmission of vibration disturbances from the source of low-frequency vibration disturbances 7 to platform 2 to the required values. The resulting ratio of the phases of the oscillations of the platform 2 and the low-frequency source of vibration disturbances 7 will give the required law of motion of the platform 2 in the active vibration isolation mode. The operations of physical modeling of the spatial system of vibration isolation and guidance for the remaining critical modes are carried out in a similar way, respectively changing both the amplitude-frequency characteristics of the modes and the corresponding directions of action of vibration disturbances in space. In physical modeling of the mode when it is necessary to provide active vibration isolation in time-critical critical modes with simultaneous pointing or angular stabilization of the axis of symmetry of platform 2 in space, the movement of platform 2 in active vibration isolation modes is carried out relative to the base 3 so that, when the platform 2 oscillates, guidance or angular stabilization of its axis of symmetry in space.
Следует отметить, что источник вибровозмущений имитирует динамические воздействия на космический аппарат (КА), возникающие при раскрытии конструкции космической антенны и на саму конструкцию космической антенны от работающих систем КА в процессе ее эксплуатации, при этом изменение направления динамических воздействий обеспечивается устройством пространственной ориентации источника вибровозмущений относительно платформы по азимуту и углу места в процессе проведения экспериментальных исследований физической модели, а датчики силы показывают уровень виброзащиты от указанных динамических воздействий за счет парируемых движений шестистепенной системы подвижности. It should be noted that the source of vibration disturbances imitates the dynamic effects on the spacecraft (SC) that occur when the design of the space antenna and on the design of the space antenna from the operating systems of the spacecraft are opened, while changing the direction of the dynamic effects is provided by the spatial orientation of the source of vibration disturbances relative to platforms in azimuth and elevation during experimental studies of the physical model, and force sensors show the level of vibration protection from the specified dynamic effects due to the parry movements of the six-degree mobility system.
Полученные результаты физического моделирования могут быть использованы как для корректировки выбранных технических решений, так и для верификации математической модели устройства подавления помех от колебаний упругой конструкции космической антенны в процессе эксплуатации пространственной системы активной виброизоляции и наведения. The obtained results of physical modeling can be used both for adjusting the selected technical solutions and for verifying the mathematical model of a device for suppressing interference from vibrations of the elastic structure of a space antenna during operation of a spatial system of active vibration isolation and guidance.
Предлагаемое использование динамического многостепенного стенда с управляющей ЭВМ в качестве полномасштабной активной шестистепенной подвески физической модели пространственной системы активной виброизоляции и наведения устройства подавления помех от колебаний упругой конструкции космической антенны в процессе эксплуатации позволит не только существенно сократить временные и финансовые ресурсы, необходимые на ее создание, и обеспечить получение качественных результатов за счет полномасштабности физической модели, но и повысить коэффициент использования динамических многостепенных стендов, эксплуатируемых в настоящее время в авиационной промышленности (в качестве авиационных тренажеров и испытательных стендов) с низкими значениями коэффициента использования. The proposed use of a dynamic multi-stage bench with a control computer as a full-scale active six-degree suspension of a physical model of a spatial system of active vibration isolation and guidance of a device for suppressing interference from vibrations of the elastic structure of a space antenna during operation will not only significantly reduce the time and financial resources necessary for its creation, and provide high-quality results due to the full-scale physical model, but will also increase l the utilization rate of dynamic multi-stage stands currently operating in the aviation industry (as flight simulators and test benches) with low values of utilization rate.
Предлагаемое техническое решение может быть также использовано при полномасштабном физическом моделировании пространственных механизмов перемещения рабочих органов металлорежущих станков и контрольно-измерительных машин с параллельной кинематикой. The proposed technical solution can also be used in full-scale physical modeling of spatial mechanisms for moving the working bodies of metal-cutting machines and control and measuring machines with parallel kinematics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001127739/11A RU2224295C2 (en) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | Physical model of spatial system of active vibration insulation and guidance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001127739/11A RU2224295C2 (en) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | Physical model of spatial system of active vibration insulation and guidance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001127739A RU2001127739A (en) | 2003-08-10 |
| RU2224295C2 true RU2224295C2 (en) | 2004-02-20 |
Family
ID=32172113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001127739/11A RU2224295C2 (en) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | Physical model of spatial system of active vibration insulation and guidance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2224295C2 (en) |
-
2001
- 2001-10-15 RU RU2001127739/11A patent/RU2224295C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Design of reactionless 3-DOF and 6-DOF parallel manipulators using parallelepiped mechanisms | |
| WO2015099518A1 (en) | Stand for testing for seismic resistance | |
| Yingjie et al. | Feedback control of a cable-driven Gough-Stewart platform | |
| Campos et al. | An active helideck testbed for floating structures based on a stewart-gough platform | |
| Najafi et al. | Hybrid simulation with multiple actuators: A state-of-the-art review | |
| CN201723926U (en) | Electromechanical motion platform with six degree of freedom | |
| Zhang et al. | Use of an orthogonal parallel robot with redundant actuation as an earthquake simulator and its experiments | |
| RU2224295C2 (en) | Physical model of spatial system of active vibration insulation and guidance | |
| Cheng et al. | Vibration control of Gough-Stewart platform on flexible suspension | |
| CN204348224U (en) | A kind of space topological motion simulation platform | |
| US5291787A (en) | Triaxial vibrating platform, particularly for helicopter simulators | |
| Akima et al. | Hybrid micro-gravity simulator consisting of a high-speed parallel robot | |
| Dubowsky et al. | The design and implementation of a laboratory test bed for space robotics: The ves mod II | |
| CN116062198B (en) | Virtual-real fusion ground test system and method for ultra-large aerospace structure | |
| Sula et al. | An experimental evaluation of earthquake effects on mechanism operation | |
| CN114834653B (en) | Spacecraft relative motion simulation system | |
| Karkoub et al. | Robust control of two-link flexible manipulators using the μ-synthesis technique | |
| Letchworth et al. | Space Station-A focus for the development of structural dynamics scale model technology for large flexible space structures | |
| Sattar et al. | Analytical kinematics and trajectory planning of large scale hexagonal modular mesh deployable antenna | |
| CN117131704B (en) | Coupling dynamics modeling method and system for robot on-orbit assembly | |
| RU2771692C1 (en) | Method for semi-natural robotic research and testing of control systems for vertical takeoff and landing unmanned aerial vehicles (vtl uav) | |
| Hohenbichler et al. | Comparison of a Modal-Expansion-and a Finite-Element-Model for a Two-Beam Flexible Robot Arm | |
| Shanzeng et al. | Dynamics of 3-DOF spatial parallel manipulator with flexible links | |
| Nitta et al. | Development of a robotic gravity compensation system for the prototype test of spacecraft | |
| CN115806065A (en) | Gravity balance test system combining air floatation and active follow-up hanging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061016 |