CIOMP OpenIR
用于空间光学载荷微振动抑制的电磁式动力吸振器研究
赵亚平
Subtype硕士
Thesis Advisor徐振邦
2018
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Place of Conferral中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Degree Name硕士
Keyword动力吸振器 电磁阻尼 有限元分析 线性二次型 主动控制
Abstract伴随着我国航空航天事业的不断发展,由航天器上振源和载荷所引起的结构振动,已成为影响精密设备正常工作的重要因素。当这些振源扰动传递至类似于空间光学载荷等精密成像设备时,便会使得相机成像质量变差。由于这些微振动无法完全消除,所以最有效的措施就是对这些敏感载荷进行减振处理。本文针对实际工程需求,自主设计了一种可应用于空间在轨吸振的电磁式动力吸振器。论文主要研究内容如下:首先介绍了国内外动力吸振器的发展状况,特别是其在航空领域中的应用。然后论述了动力吸振器的相关理论基础,包括单自由度、二自由度振动系统理论、PQ定点理论以及电磁阻尼计算公式,并给出了相应的解算程序。其次,根据空间光学载荷的振动抑制需求,确定了本文所设计吸振器的刚度和阻尼参数。在此基础上,完成了吸振器两个关键部件设计,包括弹簧片设计和电磁阻尼器设计。利用有限单元法探究了影响弹簧片刚度的主要参数:厚度、材料和结构;电磁阻尼器则采用非接触式设计,使得吸振器可靠性得到大幅度提升。然后完善了吸振器整体结构设计,并对其整体结构进行有限元分析。在有限元分析证明吸振器结构设计合理之后,完成了原理样机的出图、加工及装调。再次,搭建实验平台,对已经加工完成的电磁式动力吸振器进行了三项实验测试。其一,弹簧片刚度测试,实验结果表明,实际测试结果与有限元分析误差仅为0.624%。其二,动力吸振器基频测试实验,实验结果表明,吸振器实际基频与目标基频误差不超过2.06%。其三,吸振器减振效果实验,以空间光学载荷某部位的等效模型为目标减振对象,分别测试吸振器带有电磁阻尼和不带有电磁阻尼时,对该模型前两阶频率振动的影响。实验结果表明,针对等效悬臂梁板基频为29.88 Hz的振动,吸振器带有电磁阻尼相比于不带有电磁阻尼,其减振效果有所降低,但减振带宽扩展67.5%;带有电磁阻尼的吸振器对等效悬臂梁板二阶频率为72.94 Hz的共振峰有抑制作用且最大抑制达37.3%。以上三项实验表明,本文关于吸振器的设计方案可行、研究方法有效,能用于空间光学载荷的振动抑制。最后,构建电磁式动力吸振器主动控制的数学模型,利用线性二次型最优设计理论,构建状态反馈控制器,从而实现对吸振器的主动控制。在此基础上,搭建主动式动力吸振器Simulink仿真模型,仿真结果表明,吸振器增加反馈主动控制后相比于被动式吸振器,具有更好地振动抑制效果。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61704
Collection中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
赵亚平. 用于空间光学载荷微振动抑制的电磁式动力吸振器研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.
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