【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于微振動試驗，涉及六自由度附著式微振動模擬及自校準系統。
技術介紹
1、微振動是普遍存在于在軌航天器上的一種振動干擾，其特點是幅值低，頻率分布范圍廣。高精度航天器對振動環境十分敏感，微振動會導致有效載荷成像質量的下降，一般需要通過開展微振動試驗，以預示微振動的影響。然而在地面試驗過程中，采用真實活動部件作為擾振源會增加試驗系統的復雜性和成本，設計微振動模擬裝置可以產生與擾振源相同的擾振信號，為解決該問題提供了一條技術途徑。
2、常規的微振動模擬技術主要是基于steward平臺及其衍生裝置，通過驅動上平臺和下平臺之間的主動元件，使得上平臺產生多自由度的振動激勵。這類平臺式的激勵系統存在以下三點不足：(1)適用范圍受限，既要產生激勵，又要有一定的承載能力，僅適用于中小型部件的振動試驗；(2)激勵信號只能施加在被激勵對象的約束邊界，難以在擾振源的實際安裝位置產生激勵，影響預示結果的準確性；(3)下平臺需要與地面固定，限制了微振動試驗的邊界條件，即難以開展自由邊界條件下的試驗。此外，這類平臺系統復雜，安裝和校準耗時久，使用不方便。
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，實現模擬真實活動部件擾振特性，結合標定校準與實時自校準，能夠大大提高對微振動的模擬準確度。
2、本專利技術解決技術的方案是：
3、六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，包括6個激勵源、被激勵對象和控制系統；其
4、被激勵對象為水平放置的盤裝結構；第一激勵源、第二激勵源、第三激勵源、第四激勵源、第五激勵源、第六激勵源均固定安裝在被激勵對象的側壁處；第一激勵源、第二激勵源、第三激勵源、第四激勵源、第五激勵源、第六激勵源均與控制系統連接，通過控制系統實現對各激勵源激勵力的監控。
5、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，所述6個激勵源分為3組，每組2個激勵源；其中，第一激勵源和第二激勵源為第1組、第三激勵源和第六激勵源為第2組、第四激勵源和第五激勵源為第3組。
6、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，所述第一激勵源和第二激勵源均軸向水平且軸向垂直于被激勵對象設置；第三激勵源和第六激勵源均軸向豎直設置；第四激勵源和第五激勵源均軸向水平且與被激勵對象相切設置；實現同組的2個激勵源軸向平行；不同組的激勵源軸向相互垂直。
7、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，所述激勵源包括頂蓋、上簧片、外筒、中心軸、作動器定子部分、底座、下簧片、作動器動子部分、輸入接口、輸出接口和傳感器；
8、其中，底座水平放置；外筒軸向豎直安裝在底座的上表面；頂蓋蓋在外筒的頂端；底座、外筒、頂蓋構成激勵源的外殼結構；激勵源通過底座固定在被激勵對象的表面；
9、上簧片和下簧片與外筒固連，簧片中心開孔；中心軸同軸穿過兩個中心孔；作動器定子部分固定在外筒；作動器動子部分位于上簧片和下簧片之間；中心軸穿過作動器動子部分的中心圓柱孔；通過上簧片、下簧片、中心軸的軸肩和軸套實現對作動器動子部分的約束；作動器定子部分和作動器動子部分共軸，作動器定子部分與作動器動子部分在沿軸線方向和垂直軸線方向均留有間隙；其中，沿軸向方向的間隙限制了作動器動子部分的運動行程；輸入接口與作動器定子部分的線圈相連，接收控制系統對激勵源的電壓信號，驅動作動器動子部分產生運動；輸出接口與固定在中心軸一端的傳感器連接，實現對傳感器供電，同時將傳感器的信號傳輸至控制系統，實現控制系統對激勵源的激勵力的監控。
10、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，所述控制系統包括ad采集模塊、da輸出模塊、功率放大模塊、控制主機；
11、控制主機生成并輸出任意幅值和頻率的激勵信號，激勵信號依次經過da輸出模塊、功率放大模塊進入激勵源的輸入接口，實現激勵控制；傳感器的實際振動響應信號依次經過激勵源的輸出接口、ad采集模塊、進入控制主機；在控制主機內與目標擾振信號進行對比，根據實際信號與目標信號之間的差異，修正激勵信號的幅值，實現實時自校準；各傳遞環節的幅值增益和相位滯后通過對激勵源和控制系統進行標定校準獲得，結合實時自校準，實現準確模擬目標擾振。
12、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，所述中心軸、作動器動子部分、傳感器等效為一個整體，作為激勵源的運動質量部分，上簧片、下簧片作為運動質量的彈性約束；簧片和運動質量構成了彈簧-質量系統。
13、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，所述上簧片和下簧片沿中心軸軸線方向的剛度遠低于垂直中心軸軸線方向的剛度；彈簧-質量系統簡化成單自由度的模型；單自由度的模型在作動器的驅動下沿著中心軸的軸線方向做受迫運動；將激勵源視為整體，運動質量的慣性力等于施加到被激勵對象的激振力。
14、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，每組激勵源模擬一個自由度的力和一個自由度的力矩；力方向與中心軸軸線方向一致；力矩方向與兩個中心軸軸線形成的平面的法向量一致；實現不同組產生的擾振力是互相獨立的，所產生的擾振力矩存在耦合。
15、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，標定校準過程中，對每臺激勵源依次施加激勵電壓，同時依次采集每臺激勵源單獨工作下的測力臺響應和激勵源傳感器的振動響應；根據激勵電壓矩陣、安裝系數矩陣以及測力臺響應矩陣計算激勵信號與實際擾振力之間的傳遞函數矩陣；根據激勵源傳感器的振動響應矩陣和測力臺響應矩陣計算傳感器測得的實際振動響應與實際擾振力之間的傳遞函數矩陣，即傳感器在彈性邊界條件下力與電壓之間的靈敏度系數。
16、在上述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，所述激勵源控制系統實現監測激勵源的激勵效果，每臺激勵源都內置測量單元，實現測量激勵源的激勵力；根據標定試驗得到的傳遞函數矩陣用于計算被模擬力和力矩所對應的輸入電壓；根據安裝系數矩陣和被模擬的力和力矩實現計算每臺激勵源需要產生的激勵力；每臺激勵源被施加相應的電壓之后，理論上產生的激勵力應與計算得到的激勵力相同；若存在差異，則根據監測值與計算值之間的差異修正激勵電壓，實現激勵效果的實時修正。
17、本專利技術與現有技術相比的有益效果是：
18、(1)本專利技術采用6臺單自由度激勵源組合成微振動模擬裝置，可以在任意位置模擬產生多個擾振力和擾振力矩分量，代替真實部件施加擾振，提高微振動試驗的靈活性；
19、(2)本專利技術的6臺激勵源的安裝位置(即安裝系數矩陣)可根據空間約束靈活設計，能滿足多種使用場景的需求；
20、(3)本專利技術可以通過標定試驗進行預校準，方法簡便；在實際使用過程中，利用內置的激勵和測量單元對控制信號進行實時校準，進一步提高模擬目標擾振的準確程度。
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1.六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：包括6個激勵源、被激勵對象(12)和控制系統(19)；其中，6個激勵源分別為第一激勵源(13)、第二激勵源(14)、第三激勵源(15)、第四激勵源(16)、第五激勵源(17)、第六激勵源(18)；
2.根據權利要求1所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述6個激勵源分為3組，每組2個激勵源；其中，第一激勵源(13)和第二激勵源(14)為第1組、第三激勵源(15)和第六激勵源(18)為第2組、第四激勵源(16)和第五激勵源(17)為第3組。
3.根據權利要求2所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述第一激勵源(13)和第二激勵源(14)均軸向水平且軸向垂直于被激勵對象(12)設置；第三激勵源(15)和第六激勵源(18)均軸向豎直設置；第四激勵源(16)和第五激勵源(17)均軸向水平且與被激勵對象(12)相切設置；實現同組的2個激勵源軸向平行；不同組的激勵源軸向相互垂直。
4.根據權利要求1所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述激勵源
5.根據權利要求4所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述控制系統(19)包括AD采集模塊、DA輸出模塊、功率放大模塊、控制主機；
6.根據權利要求5所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述中心軸(4)、作動器動子部分(8)、傳感器(11)等效為一個整體，作為激勵源的運動質量部分，上簧片(2)、下簧片(7)作為運動質量的彈性約束；簧片和運動質量構成了彈簧-質量系統。
7.根據權利要求6所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述上簧片(2)和下簧片(7)沿中心軸(4)軸線方向的剛度遠低于垂直中心軸(4)軸線方向的剛度；彈簧-質量系統簡化成單自由度的模型；單自由度的模型在作動器的驅動下沿著中心軸(4)的軸線方向做受迫運動；將激勵源視為整體，運動質量的慣性力等于施加到被激勵對象(12)的激振力。
8.根據權利要求6所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：每組激勵源模擬一個自由度的力和一個自由度的力矩；力方向與中心軸(4)軸線方向一致；力矩方向與兩個中心軸(4)軸線形成的平面的法向量一致；實現不同組產生的擾振力是互相獨立的，所產生的擾振力矩存在耦合。
9.根據權利要求7所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：標定校準過程中，對每臺激勵源依次施加激勵電壓，同時依次采集每臺激勵源單獨工作下的測力臺響應和激勵源傳感器(11)的振動響應；根據激勵電壓矩陣、安裝系數矩陣以及測力臺響應矩陣計算激勵信號與實際擾振力之間的傳遞函數矩陣；根據激勵源傳感器(11)的振動響應矩陣和測力臺響應矩陣計算傳感器(11)測得的實際振動響應與實際擾振力之間的傳遞函數矩陣，即傳感器(11)在彈性邊界條件下力與電壓之間的靈敏度系數。
10.根據權利要求7所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述激勵源控制系統(19)實現監測激勵源的激勵效果，每臺激勵源都內置測量單元，實現測量激勵源的激勵力；根據標定試驗得到的傳遞函數矩陣用于計算被模擬力和力矩所對應的輸入電壓；根據安裝系數矩陣和被模擬的力和力矩實現計算每臺激勵源需要產生的激勵力；每臺激勵源被施加相應的電壓之后，理論上產生的激勵力應與計算得到的激勵力相同；若存在差異，則根據監測值與計算值之間的差異修正激勵電壓，實現激勵效果的實時修正。
...【技術特征摘要】
1.六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：包括6個激勵源、被激勵對象(12)和控制系統(19)；其中，6個激勵源分別為第一激勵源(13)、第二激勵源(14)、第三激勵源(15)、第四激勵源(16)、第五激勵源(17)、第六激勵源(18)；
2.根據權利要求1所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述6個激勵源分為3組，每組2個激勵源；其中，第一激勵源(13)和第二激勵源(14)為第1組、第三激勵源(15)和第六激勵源(18)為第2組、第四激勵源(16)和第五激勵源(17)為第3組。
3.根據權利要求2所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述第一激勵源(13)和第二激勵源(14)均軸向水平且軸向垂直于被激勵對象(12)設置；第三激勵源(15)和第六激勵源(18)均軸向豎直設置；第四激勵源(16)和第五激勵源(17)均軸向水平且與被激勵對象(12)相切設置；實現同組的2個激勵源軸向平行；不同組的激勵源軸向相互垂直。
4.根據權利要求1所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述激勵源包括頂蓋(1)、上簧片(2)、外筒(3)、中心軸(4)、作動器定子部分(5)、底座(6)、下簧片(7)、作動器動子部分(8)、輸入接口(9)、輸出接口(10)和傳感器(11)；
5.根據權利要求4所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述控制系統(19)包括ad采集模塊、da輸出模塊、功率放大模塊、控制主機；
6.根據權利要求5所述的六自由度附著式微振動模擬及自校準系統，其特征在于：所述中心軸(4)、作動器動子部分(8)、傳感器(11)等效為一個整體，作為激勵源的運動質量部分，上簧片(2)、下簧片(7)作為運動質量的彈性約束；簧片和運動質量構成了彈簧-質量系統。
...【專利技術屬性】
技術研發人員：劉飛虎，王光遠，余快，陳卓，葛萌，王棟，張祥瑞，吳永勝，高行素，
申請(專利權)人：中國空間技術研究院，
類型：發明
國別省市：
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