利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法技术

本发明专利技术涉及微振动模拟、微振动测量以及微振动传递特性分析技术领域的利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：进行微振动模拟需求分析与参数描述；步骤2：直线电机选型；步骤3：确定振动模拟连接方案；步骤4：微振动模拟测定；在被激振体上，沿振动方向安装高带宽高精度的加速度计，测量振动加速度，对测量得到加速度数据进行处理得到被激振体实际振动参数，进而实现利用音圈型直线电机对微振动的模拟。本发明专利技术的方法涉及的方案简单易行，且能够满足高精度高带宽模拟需求，可以在卫星微振动影响测定以及分离式航天器线缆影响试验中使用，也可以在其他高精度微振动模拟中推广使用。

Microvibration simulation of voice coil linear motor

【技术实现步骤摘要】
利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法
本专利技术涉及微振动模拟、微振动测量以及微振动传递特性分析
，具体涉及一种利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法。
技术介绍
航天器在轨运行期间，其转动部件高速转动、有效载荷中扫描机构运动、驱动机构步进运动、低温制冷器压缩机等机械运动、大型柔性结构受激振动和进出阴影时冷热交变产生的热变形扰动等原因会导致航天器产生随机振动和谐波振动。航天器的内部振动源和外部干扰引起的微振动具有频带宽(0～200Hz以上)和振幅小(1.0×10-5g～1.0×10-2g)的特点。微振动的存在破坏卫星的安静环境，进而影响航天器的姿控精度和稳定度。因此需要在地面对航天器微振动进行模拟，分析传递特性，消减在轨影响。为了实现卫星在轨高精度高稳定性指标要求，可以设计一种通过非接触磁浮作动器实现载荷舱和平台舱动静隔离的航天器平台，进而直接消除平台舱高频微振动对载荷舱的不利影响，为实现超高精度超高稳定性的要求，提供了很好的解决思路。但是实际情况不容乐观，因为两舱之间能源和信息交互的舱间线缆使得平台舱微振动传递到载荷舱，进而会影响载荷舱的指向和稳定度性能。因此有必要在地面对卫星平台舱微振动进行模拟，以研究两舱间连接线缆的微振动传递特性，进而需要给出一种微振动模拟的试验方法。目前，地面振动试验中采用的激振设备主要用来模拟较大幅度的振动，以考验航天器的抗力学性能，如卫星整星力学和噪声试验等，其振动模拟设备十分复杂昂贵。由于微振动高带宽和小振幅的特性，利用目前常见的激振设备精确模拟具有较大难度。因此需要一种具有较高带宽的能够精确模拟微振动的方法。经对现有技术的检索，中国专利技术专利201820926346.8披露了一种磁阻抑制型电机绕线骨架及直线音圈电机，该专利中记载了如下内容：直线音圈电机是位于径向电磁场内的一个管状线圈绕组。铁磁圆筒内部是由永久磁铁产生的磁场，这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的极性。铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上，与永久磁体的一端相连，用来形成磁回路。当给线圈通电时，根据安培力原理，它受到磁场作用，在线圈和磁体之间产生沿轴线方向的力，通电线圈两端电压的极性决定力的方向。一般将绕有线圈的直线运动部分称为电机动子，其固定并提供磁场的部分称为电机定子，用于缠绕线圈并直线运动的部分称为绕线骨架。由于音圈电机的普遍性，可以利用其模拟微振动以降低成本。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法。本方法利用音圈型直线电机具有较高带宽、控制简单、精度高等特点，实现微振动的精确模拟，并通过加速度计测量值对振动模拟效果进行精确评估，有效分析微振动的影响以及舱间线缆的传递特性。本专利技术涉及一种利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：进行微振动模拟需求分析与参数描述；所述步骤具体包括：步骤1-1：根据卫星在轨实际微振动来源，分析卫星微振动频率与幅值；步骤1-2：根据分析结果确定微振动描述的数学表达式，即振动加速度、振动速度、振动位移的关于振动幅值和振动频率的时域表达式；步骤2：直线电机选型；步骤3：确定振动模拟连接方案；步骤4：微振动模拟测定；在被激振体上，沿振动方向安装高带宽高精度的加速度计，测量振动加速度，对测量得到加速度数据进行处理得到被激振体实际振动参数，进而实现利用音圈型直线电机对微振动的模拟。优选地，步骤1-2中，所述数学表达式具体为：针对评估振动加速度的微振动模拟试验，依据需要模拟的振动加速度a与振动频率f，确定微振动的振动位移s；a(t)＝Asin(2πft)其中v0＝0其中s0＝0上述公式中t表示时间，v0、s0分别表示振动的速度初始和位移初值；A表示振动加速度幅值；根据上述公式，在已知振动幅值和振动频率需求的情况下，能够确定振动加速度。优选地，步骤2中，所述直线电机选型具体包括：卫星微振动频带宽，范围覆盖0.01-200Hz以上；对微振动进行模拟需要选取带宽较高的直线型音圈电机；直线电机关键参数是推力大小和行程，根据步骤1确定微振动参数来选取；被激振负载质量为m，则要求直线电机峰值推力Fm≥mA，直线电机运动行程L≥2S；根据带宽、峰值推力、运动行程三项参数确定直线电机选型。优选地，步骤2中，当地面试验中被激振负载质量为30kg，要求直线电机峰值推力Fm≥946N；直线电机运动行程L≥4mm；优选地，所述直线电机为LA650-65-001Z型号直线电机，所述电机峰值推力1000.8N，最大行程25.4mm。优选地，步骤3中，所述确定振动模拟连接方案包括如下步骤：步骤3-1：确定电机与振动负载连接方式，模拟线振动时，为保证电机输出推力引起的角振动尽可能小，设计直线电机驱动力输出方向过被激振体过质心；步骤3-2：确定振动负载与重力承载连接方式，振动模拟时考虑设定方向的振动产生的影响，因此设计光滑导轨实现振动方向唯一性。本专利技术由于采取上述方法，可以根据任务不同需求实现对微振动的精确模拟；本专利技术的方法通过对卫星微振动需求参数精确分析，确定出音圈型直线电机的选型，保证覆盖频率范围。通过在被激振体安装加速度计来对实际振动情况进行测定，保证振动模拟的准确性。在本专利技术的方法中，直接选用易于精确控制且带宽较高的音圈电机，进行微振动模拟能够取得更好的效果。在本专利技术的方法中，基于基本力学与运动学原理，将微振动指标进行量化分解为振动幅值、振动加速度、振动频率。在本专利技术的方法中，针对振动精确模拟需求，安装加速度计进行振动模拟效果评估；通过工装设计限定微振动方向，实现微振动的定向定量模拟，以分别测量分析产生的影响。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的方法涉及的方案简单易行，且能够满足高精度高带宽模拟需求，可以在卫星微振动影响测定以及分离式航天器线缆影响试验中使用，也可以在其他高精度微振动模拟中推广使用。2、本专利技术的方法可以实现高频率小幅值振动的精确模拟，结果可用于高精度卫星微振动影响分析与抑制、分离式航天器连接线缆振动传递特性分析以及系统的基频测定等，并能够用于指导微振动测量与抑制的设计和试验、姿态控制方案设计。3、本方法利用音圈型直线电机具有较高带宽、控制简单、精度高等特点，简单高效地实现了对微振动的精确模拟，并通过加速度计测量值对振动模拟效果进行精确评估。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术涉及方法的流程示意图。图2为实施例中振动模拟连接方式确定过程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例本实施例中，本专利技术涉及的利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：进行微振动模拟需求分析与参数描述；所述步骤具体包括：步骤1-1：根据卫星在轨实际微振动来源，分析卫星微振动频率与幅值；步骤1-2：根据分析结果确定微振动描述的数学表达式，即振动加速度、振动速度、振动位移的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：进行微振动模拟需求分析与参数描述；所述步骤具体包括：步骤1‑1：根据卫星在轨实际微振动来源，分析卫星微振动频率与幅值；步骤1‑2：根据分析结果确定微振动描述的数学表达式，即振动加速度、振动速度、振动位移的关于振动幅值和振动频率的时域表达式；步骤2：直线电机选型；步骤3：确定振动模拟连接方案；步骤4：微振动模拟测定；在被激振体上，沿振动方向安装高带宽高精度的加速度计，测量振动加速度，对测量得到加速度数据进行处理得到被激振体实际振动参数，进而实现利用音圈型直线电机对微振动的模拟。

【技术特征摘要】
1.一种利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：进行微振动模拟需求分析与参数描述；所述步骤具体包括：步骤1-1：根据卫星在轨实际微振动来源，分析卫星微振动频率与幅值；步骤1-2：根据分析结果确定微振动描述的数学表达式，即振动加速度、振动速度、振动位移的关于振动幅值和振动频率的时域表达式；步骤2：直线电机选型；步骤3：确定振动模拟连接方案；步骤4：微振动模拟测定；在被激振体上，沿振动方向安装高带宽高精度的加速度计，测量振动加速度，对测量得到加速度数据进行处理得到被激振体实际振动参数，进而实现利用音圈型直线电机对微振动的模拟。2.如权利要求1所述的利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法，其特征是，步骤1-2中，所述数学表达式具体为：针对评估振动加速度的微振动模拟试验，依据需要模拟的振动加速度a与振动频率f，确定微振动的振动位移s；a(t)＝Asin(2πft)其中v0＝0其中s0＝0上述公式中t表示时间，v0、s0分别表示振动的速度初始和位移初值；A表示振动加速度幅值；根据上述公式，在已知振动幅值和振动频率需求的情况下，能够确定振动加速度。3.如权利要求1所述的利用音圈型直线电机进行微振动模拟的方法，其特征是，步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：边志强，栗双岭，洪振强，赵艳彬，张健，尤伟，吕旺，宋效正，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31