基于锰铜高阻尼合金弹簧的反作用轮隔振器性能研究EI北大核心CSCD

为解决反作用轮微振动引起卫星成像质量下降问题,依据反作用轮微振动特性,设计了一种汇聚式六自由度被动隔振系统。隔振系统通过弹簧刚度设计降低系统整体模态频率,结合高阻尼特性的锰铜合金作为隔振元件材料来提高振动能量衰减。首先,采用拉格朗日方程建立隔振系统动力学模型,考虑刚度对隔振性能影响,设计不同结构参数弹簧进行对照,分析弹簧径轴刚度比与系统基频关系,并确定最佳隔振结构参数;其次,利用有限元法分析隔振系统模态及振动传递特性,讨论各自由度下振动抑制性能;最后,搭建Kistler微振动试验平台对隔振前后的反作用轮微振动进行测量,分析与验证隔振器的减振效果。结果表明:隔振系统在六个扰动方向和中高频范围内隔振效果显著,在1000 Hz主频振动处隔振效果超过40 dB;在0~2500 r/min转速内F z方向上最大振动幅值的减振百分比达到92.42%。     

基于Stewart平台的光电吊舱隔振系统设计

针对光电吊舱隔振的特殊要求,提出一种基于Stewart平台的三轴向等刚度且解耦的隔振系统设计方法。首先建立Stewart平台的六自由度数学模型并进行理论分析,得到Stewart平台隔振系统的设计准则。然后基于设计准则设计一种光电吊舱隔振系统。将有限元仿真与数学模型进行对比,发现两者分析结果基本一致,前6阶的模态频率最大误差不超过0.3%;隔振系统实现了三轴向等刚度设计,三轴向的模态频率差不超过7.8%。最后通过虚拟试验对隔振系统的性能进行验证,结果表明：隔振系统实现了解耦设计,线振动引起的角振动幅值不超过1.5×10-5rad;减振效果良好,系统在白噪声作用下振幅衰减幅度超过78%。     

金属橡胶减振器在机载光电吊舱复合减振系统中的应用

为减小载机角振动对光电吊舱成像质量的影响,应用金属橡胶作为隔振元件研制出两种能限制一定自由度的小型金属橡胶减振器,分别嵌入光电吊舱内、外框架减振系统中设计了两级减振系统,从原理上实现了3个方向无角位移隔振。依据振动理论获取了两种减振器轴向、径向刚度和阻尼比等参数并采取特殊工艺制备了金属橡胶减振器。应用ADAMS/Vibration模块对光电吊舱减振系统进行了仿真分析,分析结果显示光电吊舱减振系统固有频率为17Hz左右,角振动幅值最大值为0.0011,并且当频率大于25Hz时,角振动幅值趋近于零,分析结果表明该减振系统对25Hz以上的角振动可以起到很好的抑制作用。最后通过振动试验验证了仿真结果的正确性,与实际测量结果相比,仿真计算结果误差不超过10%,说明光电吊舱减振设计是成功的。金属橡胶减振器在光电吊舱上的成功应用对于光电吊舱振动隔离技术有着重要的意义。     

空间环境模拟设备穿透式隔振系统性能仿真分析北大核心CSCD

某些航天器产品,特别是光学载荷在进行空间环境试验时对试验环境的振动指标通常有严格的要求,需要采用隔振系统。而空间环境模拟设备内部特殊的真空、低温环境,对隔振系统的设计提出了特殊的要求。本文给出了一种穿透式隔振系统的总体设计方案,并采用整体模态分析、系统振幅分析方法对隔振系统的性能进行了分析计算。结果表明,隔振系统能够满足在1~2 Hz频段内,3个方向的振动位移幅值均≤0.4μm,具有良好的低频隔振性能,能够满足航天器产品空间环境模拟试验时对振动的隔离需求。     

基于液压伺服作动器的主动隔振系统实验研究

以两自由度系统为研究对象,设计一种液压伺服作动器及其振动主动控制系统。通过建立两自由度系统和伺服系统耦合数学模型,用传递函数分析法计算出主动隔振系统力传递率。并搭建包括上下层质量、液压作动器、液压系统、控制系统的主动隔振实验平台,探究不同激振力频率和幅值的工况下主动隔振系统的隔振效率。实验结果表明,基于液压伺服作动器的主动隔振系统能够有效降低力传递率,在不同工况下系统隔振效率可达60%～70%。     

空间环境模拟设备穿透式隔振系统性能仿真分析

某些航天器产品,特别是光学载荷在进行空间环境试验时对试验环境的振动指标通常有严格的要求,需要采用隔振系统。而空间环境模拟设备内部特殊的真空、低温环境,对隔振系统的设计提出了特殊的要求。本文给出了一种穿透式隔振系统的总体设计方案,并采用整体模态分析、系统振幅分析方法对隔振系统的性能进行了分析计算。结果表明,隔振系统能够满足在1～2 Hz频段内,3个方向的振动位移幅值均≤0.4μm,具有良好的低频隔振性能,能够满足航天器产品空间环境模拟试验时对振动的隔离需求。     

基于图像测量的Stewart平台双阶控制技术

Stewart平台具有六自由度运动特性,既可用于隔振,也可用作跟踪平台。但是隔振功能要求系统带宽低,而跟踪功能则要求系统带宽高,二者的矛盾使得使用具有隔振功能的Stewart平台很难实现高精度跟踪。为了解决这一技术问题,引入高带宽的倾斜校正系统,构成双阶控制结构,以提高精度。传统的双阶控制需设计解耦环节,需要独立的测量传感器实现分级控制。本文提出了一种基于单传感器的控制方法,对传统的双阶结构进行改进,避免解耦环节,实现对Stewart-TTM高精度稳定闭环。为了进一步提高系统在带宽内的跟踪精度,设计PI-PI控制器经理论分析以及实验验证：基于单传感器测量的Stewart的双阶控制结构既能够满足隔振要求,又能够实现高精度跟踪控制。     

航空重力仪两级减振系统设计与研究

国内航空重力仪研制中,通常仅对仪器内部惯性测量单元搁置一层橡胶进行简单的隔振,航空重力仪直接搭载在飞机底板上。面对复杂多变的飞行环境,无法对飞机的高频振动做到有效隔离,从而影响航空重力仪的测量精度。根据振动理论分析和实测结果对相关的振动参数进行优化设计,研制出以橡胶海绵作为一、二级减振器的两级减振系统。试验结果表明,减振系统在三个定频测试中的振动能量衰减达到-60 dB左右,2～100 Hz扫频中的振动能量衰减约-46 dB,隔振效率都在99.5%以上,减振效果十分显著。     

冗余六自由度并联隔振平台多维隔振性能研究

隔振平台能够抑制动载设备在转场运输及工作过程中受到的各种振动冲击,使其保持最佳的使用寿命和工作精度;针对应用于动载设备的隔振平台存在着负载质量轻、隔振维数少以及低频隔振效果不佳等问题,提出了一种液压冗余式、主被动复合支撑的六自由度并联隔振平台,结合并联隔振平台参数化的主被动混合隔振数学模型和模糊PID复合控制算法,针对...     

卫星控制力矩陀螺微振动抑制装置的动力学建模与实验研究

为了隔离卫星主要振源控制力矩陀螺的微振动,给航天器有效载荷提供超静工作环境,基于松弛型阻尼器,设计了控制力矩陀螺六自由度微振动抑制装置,完成了隔振平台的动力学建模和实验研究.使用牛顿-欧拉法建立了微振动抑制装置的动力学模型,分析了微振动抑制装置在基础激励下的频域特性和隔振系统的耦合特性;搭建了微振动抑制装置实验平台,并...     

三自由度半正定系统随机振动仿真与试验研究

目的研究三自由度半正定系统在随机振动条件下的加速度动态响应以及加速度功率谱密度。方法以运输包装中常见的三自由度半正定系统为原型,建立了三自由度半正定系统的质量-弹簧-阻尼系统。依据美国ASTM-D4728随机振动标准,利用Matlab/Simulink仿真平台,建立仿真模型,并输入模型参数,得到了三自由度半正定系统随机振动下的动态响应。基于相同试验标准进行试验,对比分析试验结果与仿真结果的差异。结果在低频段内(小于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数达到0.983,加速度功率谱密度值最大处仅相差8.8%。在高频段内(大于80 Hz),Simulink仿真模拟随机振动的加速度功率谱密度值与随机振动试验的加速度功率谱密度值的相关性系数只达到0.745,加速度功率谱密度值最大处相差13.1%。结论利用Matlab/Simulink仿真平台分析包装系统的低频随机振动是一种简单可行的方法,一定程度上可以作为随机振动试验的代替手段。     

单轴转台控制系统软硬件设计与搭建

为满足惯导测试的综合需要,研究具有角位置、角速率、角振动三个功能的单轴转台控制系统的实现方法.根据功能要求,进行控制系统硬件总体方案设计和主要部件选型,进而建立转台的数学模型,进一步分析了电机伺服驱动原理和控制算法,给出了控制参数整定方法,并设计了上位机控制软件.经过坐标变换,三相永磁同步电机可转换为直流电机,即一个二...     

低频标准角振动台

低频标准角振动台产生标准角位移、角速度和角加速度,用正弦信号对角位移传感器、角速度传感器(陀螺、转速表等)和角加速度计进行幅频和相频特性校准。简要介绍了低频标准角振动台的工作原理,并应用其对角运动传感器进行校准。校准范围为0.1~100H z;幅值灵敏度不确定度优于1%;相移不确定度小于1°。     

Model analysis and resonance suppression of wide-bandwidth inertial reference system

In the fields of earth observation, deep space detection, laser communication, and directional energy weapon, the target needs to be observed and pointed at accurately. Acquisition, tracking, and pointing(ATP) systems are usually designed to stabilize the line of sight(LOS) within sub-micro radian levels. In the case of an ATP system mounted on a mobile platform, angular disturbances experienced by the mobile platform will seriously affect the LOS. To overcome the problem that the sampling frequency of detectors is usually limited and achieving several hundreds of hertz is difficult, the wide-bandwidth inertial reference system(WBIRS) and fast steering mirror are usually integrated into ATP systems to mitigate these angular disturbances. To reduce the structural stress, a flexible support providing two rotational degrees of freedom is usually adopted for the system. However, the occurrence of resonant points within the bandwidth will be inevitable. Measurements have to be taken to compensate these low-frequency resonant points to realize a wide bandwidth and high precision. In this paper, the lowfrequency resonant points of a system were simulated using finite element analysis and tested by a system identification method. The results show that the first-order resonance happened at 34.5 Hz with a gain of 28 dB. An improved double-T notch filter was designed and applied in a real-time system to suppress the resonance at34.5 Hz. The experimental results show that the resonance was significantly suppressed. In particular, the resonance peak was reduced by 79.37%. In addition, the closed-loop system settling time was reduced by 36.2%.     

弹性支座对桥梁车致振动的隔振效果研究

为探讨列车高速通过桥梁时传递到桥墩的振动受弹性支座的影响,建立了12个自由度的弹簧-阻尼单元模拟支座,嵌入到车-线-桥耦合振动分析模型中。以高速铁路上典型的32 m混凝土双线简支梁桥为研究对象,采用包含支座单元的车-线-桥耦合振动分析程序进行仿真计算。结果表明:车辆的轮重减载率和竖向振动加速度受支座竖向刚度的影响很小;支座竖向刚度降低,桥梁响应中的静力成分逐渐增大,动力成分则先逐渐减小,再逐渐增大;采用弹性支座,墩顶全频域内的减振效果主要取决于优势频段20Hz~80Hz频率范围的振动衰减量;弹性支座隔振系统的自振频率为10Hz~20Hz,能够吸收中高频振动,放大自身频率范围振动,反映出弹性支座在中、高频段具有很好的隔振性能。     

具有可调增益的模糊—PID电液主动控制悬架

针对车辆悬架受不平路面激励作用下的振动,进行电液主动隔振研究,在分析PID和模糊控制方法的基础上,对车辆悬架系统的单自由度电液模拟装置进行了理论和实验研究,提出增益自动跟踪和变系数的模糊－PID控制算法,根据输入信号偏差的大小分别采用模糊或PID控制,通过微型计算机与MCS－98单片联机调试控制,悬架振动的控制效果得到提高,从2.875Hz到7Hz的低频范围内取得了优于被动控制的减振效果,为主动隔振技术在车辆减振实时控制中的应用提供了理论根据和实验基础。     

空间弹簧阻尼并联振动模型的键图仿真

键图是振动系统建模的有效方法，它易于描述一维的单自由度和多自由度振动。将键图扩展应用到任意多个弹簧阻尼并联的空间多自由度振动系统，基于牛顿-欧拉法建立空间质量块的键图模型，将其和空间任意个并联的弹簧阻尼模型按照因果关系连接起来，再进一步补充添加角速度变换模块和运动学反解等模块就形成了描述空间多自由度振动系统的一般模型。以一个液压Stewart平台为实例进行仿真，仿真结果验证了模型的正确性，该模型对于研究空间复杂振动系统具有参考价值。     

宽频压电振动能量采集器的力-电输出特性分析

压电振动能量采集器是一种新型的力(加速度)-电耦合转换输出器件,为了提高单自由度悬臂梁压电振动能量采集器的输出功率和工作频带,通过在单自由度悬臂梁压电振动能量采集器模型基础上增加一个弹性放大器的方法,构造形成了具有两自由度的宽频压电振动能量采集器。利用ANSYS有限元软件建立了宽频压电能量采集器的有限元力-电耦合模型,数值分析了模型中各参数(如质量比、阻尼比以及负载电阻等)对系统力特性(速度、加速度等)和电输出特性(电压、电流、输出功率等)的影响。研究结果表明：大的质量比和小的阻尼比能够提高压电悬臂梁能量采集器的输出功率并拓展其工作频带;短路谐振状态下的匹配电阻能够使能量采集器产生较大的输出电流,而开路谐振状态的匹配电阻能够使能量采集器产生较大的输出电压,优化后的短路谐振和开路谐振最大输出功率分别达到4386.5 mW/g2和4263.4 mW/g2。频带宽度达到10 Hz,且是SDOF系统的5倍。     

印刷机收纸链条横向振动的研究

链条振动直接影响到印刷机的收纸质量以及整机性能;利用多自由度系统振动理论对印刷机收纸链条进行建模分析、微分方程求解,从而得到链条横向振动的固有特性;通过对激振频率的求解,得到引起链传动系统共振的临界转速,从而有效地避开共振.