基于6-SPS并联机构的隔振平台研究

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随着国际上一系列高分辨率航天器的不断发展,高频微振动环境严重影响有效载荷指向精度、分辨率和稳定性等重要性能指标,因此迫切需要对航天微振动干扰进行分析、控制和隔离。  本文研究了并设计了基于并联机构的六自由度主被动隔振平台,将卫星在轨运行期间本体产生的高低频(5~200HZ)微振动与有效载荷(需要精确定定向的光学系统、测量仪器等)进行物理隔离,达到了减振和隔振的目的。  本文系统地研究了多自由度隔振、Stewart平台的运动学、PID控制等理论和技术,并设计了一种基于Stewart并联机构的隔振平台,完成了以下工作:  1、为降低Stewart平台自由度间的耦合性,提高平台的运动性能,实现高精度控制,需对隔振平台腿长、铰接点分布位置等五个基本参数进行优化设计。本文根据Stewart平台动力学方程推导出加速度雅可比矩阵条件数与隔振平台基本结构参数的解析关系,以局部加速度各向同性为优化准则,计算得到最优的隔振平台总体结构参数。  2、研究和分析Stewart并联机构的运动学,是隔振平台控制和应用的理论基础,运动学的正解是其中难点。针对需要根据干扰快速作出响应的隔振平台,实时控制尤为重要,本文基于李代数理论,提出一种新型快速数值算法求解位置正解,相比牛顿-拉夫逊法具有较高求解效率。  3、针对高频振动设计弹簧阻尼被动隔振系统,其对高频扰动具有较高幅值衰减率,对较低频率(15HZ以下)振动无能为力,表现出刚体特性,因此,需同时采用主动控制技术,在被动隔振系统中引入次级振源作动器,调节其输出,使其产生的振动与干扰源振动抵消,隔离低频干扰,完成了全频带主被动联合隔振系统的设计。  4、系统的研究和设计了隔振平台。首先理论分析了单自由度隔振系统,同时采用虚拟样机技术建立隔振平台支腿模型,支腿的主被动隔振系统采用串联方式,被动隔振采用弹簧阻尼系统,主动控制采用PID算法控制作动器输出,理论研究与仿真分析一致,验证了模型的正确性。再根据支腿的分析结果,建立六自由度隔振平台电子样机模型,采用试错法确定了较优的刚度和阻尼系数,PID参数,采用ADAMS与MATLAB联合仿真分析验证了六自由度的隔振效果。
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