基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，包括：液电混合作动器的单机性能测试平台，用于验证开环空载情况下，液电混合作动器的静态输出力特性、定位特性以及驱动频响特性；液电混合作动器的一维隔振测试平台，用于验证变负载况下，液电混合作动器的主被动一体化一维宽频隔振效果；以及，基于液电混合作动器的柔性桁架振动控制地面实验平台，用于测量柔性桁架动力学响应的影响规律，以及控制所述液电混合作动器的输出。本发明专利技术一方面能够真实反映铰链非线性、几何非线性对柔性桁架动力学响应的影响规律；另一方面能够验证和对比柔性桁架结构的在线振动主动控制算法的有效性和实用性。动主动控制算法的有效性和实用性。动主动控制算法的有效性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统


[0001]本专利技术涉及空间柔性结构振动控制领域，具体涉及一种基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统。

技术介绍

[0002]空间柔性桁架由于其结构跨度大、刚度小、基频低及阻尼弱，空间微重力环境下极易受到外界干扰而产生难以衰减的振动，因此必须对空间柔性桁架进行振动控制。然而，空间柔性桁架的振动控制是世界航天领域面临的一道难题，主要原因是，这类结构不仅系统庞大而复杂，而且航天应用对振动控制装置在体积、质量、功耗、安装方面的约束，再加上航天结构的特殊要求以及空间环境的特殊性等，使得空间柔性桁架结构的振动控制在工程上面临一定挑战。
[0003]新一代航天器中，随着柔性桁架跨度不断增大，柔性桁架的质量和转动惯量在航天器整体中所占比重不断上升，导致桁架弹性振动与航天器主体平台运动之间的耦合效应不断增强。安装在航天器上的大型铰接柔性桁架通常是由铰链连接，由于铰链连接而导致空间多源激励下柔性多体结构低频、模态密集以及非线性特征突出。进一步，柔性桁架结构系统复杂，多体结构、刚柔耦合问题、弯曲扭转组合振动问题也很突出，导致系统维数很高，控制器设计困难等。
[0004]此外，现有的动力学与控制建模仿真结果难以准确反映桁架系统的几何非线性、材料非线性、铰链摩擦和碰撞对复杂桁架系统动力学响应的影响，因此，亟需通过实验手段，研究铰链非线性、几何及材料非线性对柔性桁架结构动力学响应的影响机制，验证基于液电混合作动器的柔性桁架结构的在线振动策略的有效性和实用性，为我国新一代空间大型柔性桁架结构的动力学设计及振动控制提供理论指导和技术支撑。

技术实现思路

[0005]针对上述难题，本专利技术提出一种基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，本专利技术用于验证开环空载情况下，液电混合作动器的静态输出力特性、定位特性以及驱动频响特性，为后期液电混合作动器的宽频隔振测试提供了技术支撑。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，包括：液电混合作动器的单机性能测试平台，用于验证开环空载情况下，液电混合作动器的静态输出力特性、定位特性以及驱动频响特性；液电混合作动器的一维隔振测试平台，用于验证变负载况下，液电混合作动器的主被动一体化一维宽频隔振效果；以及，基于液电混合作动器的柔性桁架振动控制地面实验平台，用于测量柔性桁架动力学响应的影响规律，以及控制所述液电混合作动器的输出。
[0008]可选地，所述液电混合作动器的单机性能测试平台，包括：液电混合作动器2、光学气浮平台6、激光位移传感器9、虎钳夹紧装置3、精密位移调整平台5、上位机7、电流源1、测
控系统8、力传感器4和信号发生器10。
[0009]所述的液电混合作动器的单机性能测试平台用于验证液电混合作动器的静态输出力特性时，包括：所述光学气浮平台6，分别设置在所述光学气浮平台6上且依次连接的所述电流源1，所述液电混合作动器2，所述力传感器4和所述精密位移调整平台5。
[0010]所述测控系统8分别与所述液电混合作动器2和所述力传感器4连接；
[0011]所述上位机7与所述测控系统8连接。
[0012]所述的液电混合作动器的单机性能测试平台用于验证液电混合作动器的定位特性时，包括：所述光学气浮平台6，分别设置在所述光学气浮平台6上且依次连接的所述电流源1，所述液电混合作动器2和所述激光位移传感器9；所述测控系统8与所述液电混合作动器2连接；所述上位机7，其与所述测控系统8连接。
[0013]所述的液电混合作动器的单机性能测试平台用于验证液电混合作动器的驱动频响特性时，包括：所述光学气浮平台6，分别设置在所述光学气浮平台6上且依次连接的所述电流源1，所述液电混合作动器2和所述激光位移传感器9；所述信号发生器10与所述电流源1连接；所述测控系统8与所述液电混合作动器2连接；所述上位机7，其与所述测控系统8连接。
[0014]可选地，验证液电混合作动器的静态输出力特性时，所述电流源1用于给所述液电混合作动器2分别加载不同直流电，所述力传感器4用于测量所述液电混合作动器2的输出端不同位置处的静态输出力。
[0015]可选地，验证液电混合作动器的单机定位特性时，所述液电混合作动器2加载正弦交流电，通过所述激光位移传感器9测量输出端位移响应，得到最大位移输出响应能力。
[0016]可选地，验证液电混合作动器的驱动频响特性时，所述信号发生器10对所述电流源1进行扫频，所述激光位移传感器9测量所述液电混合作动器2输出端在低频段及中高频段的驱动频响。
[0017]可选地，所述液电混合作动器的一维隔振测试平台，包括：依次连接的功率放大器11，电磁激振器12，力传感器4，液电混合作动器2，负载质量14，两个激光位移传感器9，其中一个与所述液电混合作动器2的连接，另一个与所述负载质量14连接；测控系统8，其分别与两个所述激光位移传感器9连接；电流源1，其分别与所述液电混合作动器2和所述测控系统8连接；上位机7，其与所述测控系统8连接；信号发生器10与所述功率放大器11连接；弹性绳13，用于将所述负载质量14和所述液电混合作动器2悬吊起来，以模拟失重环境。
[0018]可选地，所述负载质量14的质心位于所述液电混合作动器2的轴心线上；两个所述激光位移传感器9分别采集所述电磁激振器12产生的干扰位移信号与所述负载质量14的位移响应信号；所述信号发生器10用于控制所述电磁激振器12输出为0.01～200Hz的扫频信号；两个所述激光位移传感器9还用于测量所述液电混合作动器2的输入端和输出端响应；所述测控系统8用于对所述激光位移传感器9拾取信号的输入和经所述上位机7控制策略运算后得到的控制信号的输出；所述液电混合作动器2接收所述控制信号并执行；根据所述干扰位移信号与所述位移响应信号，得到液电混合作动器的一维隔振测试平台的位移传递率，同时分析液电混合作动器的一维隔振测试平台的共振频带，验证所述液电混合作动器2的一维隔振效果。
[0019]可选地，所述液电混合作动器的一维隔振测试平台还用于测试单频激励下液电混
合作动器2的隔振效果包括：
[0020]采用电磁激振器12进行激振，隔振对象是负载质量14；
[0021]通过两个激光位移传感器9，测量液电混合作动器2的两端的位移响应，进而得到液电混合作动器的一维隔振测试平台的位移传递率；
[0022]对于单频激励，由于每个频率都有对应的位移传递率，因此，从0.01Hz开始，根据预设频率间隔逐渐递增频率，绘制出位移传递率和频率之间的频响曲线，进而验证液电混合作动器2的隔振效果。
[0023]可选地，所述基于液电混合作动器的柔性桁架振动控制地面实验平台，包括：横梁15；弹性绳13；柔性桁架18，其通过所述弹性绳13悬吊在所述横梁15上，以模拟空间微重力环境；液电混合作动器2，其设置在所述柔性桁架18的端部上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，其特征在于，包括：液电混合作动器的单机性能测试平台，用于验证开环空载情况下，液电混合作动器的静态输出力特性、定位特性以及驱动频响特性；液电混合作动器的一维隔振测试平台，用于验证变负载况下，液电混合作动器的主被动一体化一维宽频隔振效果；以及，基于液电混合作动器的柔性桁架振动控制地面实验平台，用于测量柔性桁架动力学响应的影响规律，以及控制所述液电混合作动器的输出。2.如权利要求1所述的基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，其特征在于，所述的液电混合作动器的单机性能测试平台，包括：液电混合作动器(2)、光学气浮平台(6)、激光位移传感器(9)、虎钳夹紧装置(3)、精密位移调整平台(5)、上位机(7)、电流源(1)、测控系统(8)、力传感器(4)和信号发生器(10)；所述的液电混合作动器的单机性能测试平台用于验证液电混合作动器的静态输出力特性时，包括：所述光学气浮平台(6)，分别设置在所述光学气浮平台(6)上且依次连接的所述电流源(1)，所述液电混合作动器(2)，所述力传感器(4)和所述精密位移调整平台(5)；所述测控系统(8)分别与所述液电混合作动器(2)和所述力传感器(4)连接；所述上位机(7)与所述测控系统(8)连接；所述的液电混合作动器的单机性能测试平台用于验证液电混合作动器的定位特性时，包括：所述光学气浮平台(6)，分别设置在所述光学气浮平台(6)上且依次连接的所述电流源(1)，所述液电混合作动器(2)和所述激光位移传感器(9)；所述测控系统(8)与所述液电混合作动器(2)连接；所述上位机(7)，其与所述测控系统(8)连接；所述的液电混合作动器的单机性能测试平台用于验证液电混合作动器的驱动频响特性时，包括：所述光学气浮平台(6)，分别设置在所述光学气浮平台(6)上且依次连接的所述电流源(1)，所述液电混合作动器(2)和所述激光位移传感器(9)；所述信号发生器(10)与所述电流源(1)连接；所述测控系统(8)与所述液电混合作动器(2)连接；所述上位机(7)，其与所述测控系统(8)连接。3.如权利要求2所述的基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，其特征在于，验证液电混合作动器的静态输出力特性时，所述电流源(1)用于给所述液电混合作动器(2)分别加载不同直流电，所述力传感器(4)用于测量所述液电混合作动器(2)的输出端不同位置处的静态输出力。4.如权利要求2所述的基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，其特征在于，验证液电混合作动器的单机定位特性时，所述液电混合作动器(2)加载正弦交流电，通过所述激光位移传感器(9)测量输出端位移响应，得到最大位移输出响应能力。5.如权利要求2所述的基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，其特
征在于，验证液电混合作动器的驱动频响特性时，所述信号发生器(10)对所述电流源(1)进行扫频，所述激光位移传感器(9)测量所述液电混合作动器(2)输出端在低频段及中高频段的驱动频响。6.如权利要求1所述的基于液电混合作动器的空间柔性桁架振动控制实验系统，其特征在于，所述液电混合作动器的一维隔振测试平台，包括：依次连接的功率放大器(11)，电磁激振器(12)，力传感器(4)，液电混合作动器(2)，负载质量(14)，两个激光位移传感器(9)，其中一个与所述液电混合作动器(2)的连接，另一个与所述负载质量(14)连接；测控系统(8)，其分别与两个所述激光位移传感器(9)连接；电流源(1)，其分别与所述液电混合作动器(2)和所述测控系统(8)连接；上位机(7)，其与所述测控系统(8)连接；信号发...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈杰，朱庆华，吴建铭，忽伟，郑循江，练达，胡雄超，吕进剑，王李宁，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：