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随着空间光学遥感器精度的不断提高,各种振动源对遥感器的影响变得更加明显,比如:飞轮调姿、太阳能帆板驱动、制冷设备等产生的颤振以及发射过程中的冲击载荷等。以前在较低精度要求阶段所采取的遥感器与航天器直接刚性连接的方式不再满足高精度高分辨率的要求,为保证仪器精度必须对其进行振动控制。
本文针对某空间光学成像遥感器,以压电陶瓷作为作动器,基于Stewart平台构建主动隔振系统,建立了系统动力学模型及状态空间方程,并对其进行数值仿真研究,最后设计了隔振系统结构并对其力学性能进行了仿真计算。研究结果表明,本文所研究的主动隔振系统能够在较宽频段有效衰减各种振源传递给仪器的振动激励,从而降低了对遥感器本身的设计要求。
本文主要工作为:
(1)介绍了智能材料和智能结构的基本概念及其发展和研究概况,总结了Stewart平台用于主动隔振的发展情况,指出了智能作动器的发展方向并介绍其在振动主动控制领域的应用情况。
(2)考察了空间环境中的主要振动来源及其振动特性,并分析了不同方向振动对空间光学遥感器成像的影响。指出了高精度空间光学仪器隔振的必要性,并提出了振动对成像质量影响的评估方法。
(3)对振动控制中压电作动器的应用进行了研究,介绍了压电材料的特性及其应用,并对作动器的压电方程和作动原理进行分析,建立了压电作动器的数学模型。
(4)阐述了主动隔振系统的隔振机理,对不同隔振形式和反馈方法进行比较,确定了以双层主被动结合和复合反馈控制作为单杆隔振策略,并对整个多自由度系统进行了动力学建模和仿真分析。
(5)设计了隔振系统结构,并对关键组件进行了力学性能分析。