[發明專利]多自由度微振動環境模擬方法

有效

• 申請號: 201611234661.6
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN107543672B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 馮咬齊;趙越陽;何玲;邱漢平;樊世超;李棟;武耀
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種多自由度微振動環境模擬方法。該方法包括預示微振動環境條件步驟；辨識多輸入多輸出系統傳遞函數矩陣步驟；以及多自由度微振動信號模擬控制步驟。多自由度微振動信號模擬控制方法為多輸入多輸出控制系統根據設置的多自由度參考信號、系統的傳遞函數及多自由度響應信號進行閉環控制，驅動微振動激勵系統運動，實現多自由度微振動環境模擬。本發明的多自由度微振動環境模擬方法通用性好，效率高，較好的解決了微振動試驗技術問題。

技術領域

本發明屬于航天器力學環境試驗領域，具體涉及一種多自由度微振動環境模擬方法。

背景技術

目前，微振動環境模擬主要采取安裝擾源設備的方法、安裝激振器設備的方法和使用激勵系統的方法。安裝擾源設備的方法，通過讓擾源設備正常工作來產生真實的微振動環境；安裝激振器的方法，通過激振器產生與真實擾源相似的激勵信號來模擬微振動環境；使用激勵系統的方法，通過微振動激勵系統產生微振動信號以模擬微振動環境。如美國基于Honeywell測試臺的微振動環境模擬系統，初期使用電動激振器和信號發生器模擬擾動，后期使用真實的反作用輪組；JPL的MPI試驗臺通過安裝激光發生器和反作用輪來模擬微振動環境；基于SSl測試臺的OT，通過安裝反作用輪模擬光學儀器的微振動環境；美國懷俄明大學采用Stewart構型的平臺模擬產生微小擾動以實現對光學器件的精確指向和振動控制研究。Stewart構型平臺能夠實現空間六自由度的相對運動，并且具有剛度高、承載能力大，各運動關節誤差不積累和精度高的特點。激勵系統由6個作動器、上下平臺、平臺支撐系統和傳感器組成。下平臺與地面固連，試驗件通過夾具安裝于上平臺，各個作動器通過鉸鏈與上下平臺連接，6個高精度加速度傳感器布置在上平臺上。六個作動器的運動可激勵上平臺產生六自由度的運動，上平臺布置的傳感器實時測量臺面的加速度響應以反饋臺面的振動情況。

然而，無論是安裝擾源亦或是安裝激振器的方法，試驗時均需要搭建復雜的試驗系統；并且針對不同試驗對象，使用的擾源和激振器的種類、型號均不同。因此，這兩種方法普遍存在耗時、復雜且通用性較差的問題。而外國機構通過微振動激勵系統模擬微振動環境的方法，目前國內尚無先河。并且，外國機構使用微振動激勵系統以模擬快速反射鏡、中紅外相機的微振動環境，實驗對象相對單一，對航天器其他有效載荷或關鍵部位的微振動環境模擬適用性存在缺陷。

因此，需要建立一種通用的微振動環境模擬方法并通過微振動激勵平臺激勵產生各種工況下的多自由度微振動信號。微振動激勵平臺基于Stewart構型平臺，它能夠實現空間六自由度的相對運動。激勵平臺由6個作動器、上下平臺和平臺支撐系統組成。下平臺與地面固連，試驗件通過夾具安裝于上平臺，各個作動器通過鉸鏈與上下平臺連接。通過控制六個作動器的運動，可激勵上平臺產生六個自由度方向(包括3個線振動、3個角振動方向)的運動。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種多自由度微振動環境模擬方法以提高微振動環境模擬試驗效率并通用于各類航天器及其組件。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種多自由度微振動環境模擬方法，該方法包括以下步驟：

(5)模擬微振動環境；

通過微振動環境預示得到所需模擬的微振動時域加速度曲線，微振動環境預示采取建模仿真的方法，通過地面試驗或航天器在軌測量得到微振動時域加速度曲線；通過系統辨識，得到微振動激勵平臺的傳遞函數；采用多自由度微振動信號時域波形控制，使微振動平臺產生的加速度激勵與環境預示得到的時域加速度曲線相一致，產生了與微振動環境相符的時域加速度環境，即實現了微振動環境模擬；

(6)預示多自由度微振動環境；

獲取有效載荷安裝界面位置的微振動環境，即得到所需模擬的微振動時域加速度曲線，預示微振動環境主要采用建模仿真預示微振動環境的方法，首先建立航天器的幾何模型，其次，對航天器進行有限元建模，之后，建立擾源模型，計算擾源作用下航天器的微振動加速度響應曲線作為微振動環境；