[發明專利]一種基于智能壓電陣列的微振動抑制平臺及其控制方法

有效

• 申請號: 202110053908.9
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112923012B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 盧倩;王成陽;張凱凱;王鵬舉;邵立;李皓之;趙博文
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: F16F15/08
• 分類號: F16F15/08;F16F15/02;F16F15/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于智能壓電陣列的微振動抑制平臺，包括上平臺、下平臺以及均布在上平臺、下平臺之間的主阻尼器和副阻尼器；主阻尼器、副阻尼器呈傾斜狀，主阻尼器軸線延長線相交于上平臺上方一點；所述阻尼器包括外套筒、位于阻尼器中軸線的主軸桿和設于外套筒中部的壓電疊堆陣列，壓電疊堆陣列至少包括兩個壓電疊堆，各壓電疊堆相對于主軸桿對稱分布，該陣列的中心為空心。本發明實現對微振動信號在6個自由度上的控制與抑制，從而實現了對來自各個方向和運動維度的微振動信號的全面抑制，極大提高了振動抑制平臺的可靠性。對具有低頻、各向異性和隨機性較大的微振動信號，實現了在各個方向和維度上的精準抑制。

技術領域

本發明涉及一種平臺及其控制方法，尤其涉及一種基于智能壓電陣列的微振動抑制平臺及其控制方法。

背景技術

光學通信技術、航空航天技術、生物醫學技術、超精密加工等高新技術的飛速發展，迫切需要高精度、高穩定性的精密機械系統，而微振動的控制問題已經成為制約系統精度和穩定性的重要瓶頸技術之一。微振動是指振動幅值小(一般≤10微米)、頻帶寬(0.1Hz～200Hz)的微小擾動。微振動的產生原因十分復雜，既有可能來自于系統內部耦合產生，也有可能來自于系統外部的激勵而產生。在機械系統中，尤其是精密機械系統中，微振動的存在極大的影響到系統終端執行器的作動精度及其穩定性。比如，在光學精密工程領域中，目前我國用于光纖封裝定位的六自由度定位平臺，其定位精度達到了100nm，遠低于美國NEWPORT公司光纖定位平臺20nm的定位精度。相關研究表明，精密定位平臺的微振動和外部干擾是影響其定位精度的主要因素。微振動的顯著特點是頻率低(甚至是超低)、頻域寬、振幅微小、多自由度、隨機且各向異性。微振動對高精密系統的精度和穩定性影響十分巨大，微振動的控制已經成為包括精密機械系統在內的高端技術裝備的關鍵基礎問題之一。

傳統的振動控制方法主要采用隔振裝置、阻尼減振器或濾波模塊等手段實現對振動信號的抑制與控制，僅適用于振幅較大、頻段集中的振動信號，對振動速度、安裝空間體積等有較高要求。精密機械系統中安裝隔振裝置的空間一般很有限，且微振動具有微振幅、寬頻域和多自由度的特性，傳統的振動檢測技術和控制方法難以滿足精密機械系統高精度和高穩定性的性能要求。為此，有必要面向微振動控制探索和研究更加有效的控制方法。目前研究較多的智能材料包括壓電陶瓷材料、電(磁)流變體、磁致伸縮材料及形狀記憶合金等。壓電陶瓷材料綜合性能優越，具有工作頻帶寬，響應速度快，作動精度高，性能穩定，控制簡單等優點。利用壓電陶瓷材料的傳感特性和作動特性設計壓電智能結構，并應用于振動控制，越來越受到國內外研究學者的青睞。但是，現有采用壓電材料的阻尼器內部只設置一個壓電疊堆，適用范圍小，對低頻、各項異性及隨機性大的微振動信號感應抑制效果不好。

發明內容

發明目的：本發明旨在提供一種基于智能壓電陣列的全面、高效、精準的微振動抑制平臺及其控制方法。

技術方案：本發明的基于智能壓電陣列的微振動抑制平臺，包括上平臺、下平臺以及均布在上平臺、下平臺之間的主阻尼器和副阻尼器；主阻尼器、副阻尼器呈傾斜狀，主阻尼器與副阻尼器交錯排布，主阻尼器軸線延長線相交于上平臺上方一點，該點在上平臺的投影與上平臺圓心重合；所述阻尼器包括外套筒、位于阻尼器中軸線的主軸桿和設于外套筒中部的壓電疊堆陣列，壓電疊堆陣列兩端各設有兩個主軸桿；所述壓電疊堆陣列至少包括兩個壓電疊堆，各壓電疊堆相對于主軸桿對稱分布，該陣列的中心為空心。

所述主阻尼器和副阻尼器設置四根，其中六根為運動桿，主阻尼器和副阻尼器交錯分布。

副阻尼器軸線在下平臺上的投影線與其中一根相鄰主阻尼器軸線在下平臺上的投影線平行，與另一根相鄰主阻尼器軸線在下平臺表面上的投影線垂直。

所述壓電疊堆陣列的兩端與主軸桿端部之間設有第一擋塊，所述主軸桿與外套筒之間設有直線軸承和第二擋塊；直線軸承設于主軸桿的端部，第二擋塊設于主軸桿的中部，第二擋塊和直線軸承之間設有預緊彈簧。

所述阻尼器包括被動隔振段，所述被動隔振段一端抵靠外套筒的端部，另一端抵靠第二擋塊。