基于音圈電機的微重力條件下主動隔振系統(tǒng)研究.pdf

1、在軌運行時,航天器內的精密儀器和設備處于微重力條件下,其對微小低頻振動十分敏感。為了保護航天器上的儀器和設備,提高其工作精度,需要設計隔振平臺,抑制微小低頻振動對精密設備的影響。其中,音圈電機優(yōu)點明顯,如體積小、結構簡單、重量輕、高加速度和速度、推力均勻、響應快、精度高等,對于隔振設計來說比較合適。本文以承載能力大、剛度高的 Stewart平臺為被動基礎結構,音圈電機為作動器,進行主動隔振系統(tǒng)的設計。
　　分析了微重力環(huán)境產生的原

2、因和對動力學分析的影響,以及音圈電機的工作原理,建立其數學模型,并且給出電機形式選擇的依據。在基礎結構的選取上,采用各桿之間耦合影響很小的“立方”構型的 Stewart平臺,提出對各通道進行單輸入單輸出(SISO)控制的思想,簡化了控制系統(tǒng)的設計。在單桿的各個參數及控制力作用位置對隔振效果影響分析的基礎上,分析隔振原理并設計其結構。
　　選取位移傳遞率作為優(yōu)化分析目標,設計了一種理論上位移傳遞率為零的隔振系統(tǒng)。在對位移傳遞率分析的

3、過程中確定各個反饋控制量的增益系數,并對該主動控制系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析,在選定的參數下其具有無條件穩(wěn)定的特點。采用Simulink進行仿真分析,結果顯示該隔振系統(tǒng)對多種信號均有良好的隔振效果。
　　基于控制器的不同反饋量對隔振效果的影響分析,采用 PID控制的方法,設計了“前饋—反饋”復合控制器。在滿足控制要求的前提下,將 PID控制器簡化為 P控制器,這樣簡化了控制系統(tǒng)的設計。前饋、反饋環(huán)節(jié)分別采用激勵信號和受控對象的絕對位移作為

4、控制信號。仿真結果可以看到,所設計的控制器只需要不高的控制電壓和不大的控制力,就可以達到理想的隔振效果。
　　設計Stewart平臺基礎結構的尺寸參數,采用ADAMS—Matlab/Simulink聯(lián)合仿真方法對設計的 Stewart主動隔振平臺進行分析。在 ADAMS中完成機械模型的建立,調用其中的Controls模塊建立數據交換通道,并在Simulink中分別搭建六個主動桿的 SISO控制系統(tǒng)。仿真結果顯示,在典型信號激勵下所