[发明专利]一类基于零刚度系统的六自由度超低频隔振装置及其控制系统

说明书

一类基于零刚度系统的六自由度超低频隔振装置及控制系统，涉及多自由度低频、超低频、乃至低至零频的振动隔离以及微振动模拟实验等领域。隔振装置由支撑平台、基础平台及隔振模块连接而成；隔振模块包括上连杆、下连杆、柱形壳体以及竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件；上连杆的上端连接支撑平台，上连杆的下端穿过柱形壳体的上端盖与弹簧间连接组件连接，下连杆的上端与柱形壳体的下端盖固接，下连杆的下端与基础平台连接；隔振模块满足零刚度特征，结合重力环境自适应控制系统使得被隔对象处于悬浮状态。实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能，解决了多自由度超低频振动、振动共振以及非线性动力学多耦合技术难题。

技术领域

本发明提供一类基于零刚度系统的六自由度隔振装置及其控制系统，涉及航天高分辨率对地观测、星载精密光学仪器、武器装备稳瞄、超精密仪器加工等在内的一系列多自由度低频、超低频、乃至低至零频的振动隔离以及微振动模拟实验等领域。

背景技术

实际工程中存在大量多维振动现象，例如空间航天器微振动、武器装备稳瞄、交通工具的输运、机械加工、地震等。多维振动在多数情况下对人员或设备产生不良影响，造成不同的损害。例如，航天器微振动将严重影响光学遥感器的成像质量、弹道发射系统的多维振动会降低目标命中率、救护车的多维振动将加重病人的痛苦、机械加工的多维振动将造成产品的损坏等。多维隔振器已经在航天、航空、航海、医疗、机械加工等领域得到了广泛的应用，但传统多自由度隔振技术中普遍存在成本高、结构复杂、隔振频率高及共振等难题，该类系统对于低频隔振效果显著，依然无法解决1Hz以下的超低频隔振问题，从而制约了众多现代尖端技术的发展。

准零刚度隔振系统具有高静态、低动态刚度等优良特性，可以有效降低系统的固有频率，从而达到在特定频段内将作用于设备的各类振动扰动激励有效的降低或者隔离的效果。该类系统可以提高隔振精度及实现较低频隔振，但其仍然存在超低频、共振等难题。目前已有多种单自由度零刚度系统的设计方案，而对于多自由度，特别是六自由度零刚度系统的研究很少。因此，从航空航天、武器装备发展需求出发，目前迫切需要设计具有零刚度特征的六自由度超低频隔振器，提升我国在超低频隔振领域的技术水平和技术成熟度，促进我国航空航天、武器装备等质量和品质的提高。

目前低频、超低频领域的隔振器的设计还不多见，而满足航天科技与武器装备发展的隔振装置的设计就更为少见。现阶段隔振器的研究大多集中于经典线性隔振器与非线性准零刚度隔振器，这些设备多数适用于中高频段的振动抑制。

发明内容

本发明将隔振目标放在超低频(低于1Hz)、宽频域内，以几何非线性隔振理论研究为基础，构建一类基于零刚度系统的六自由度超低频隔振装置及其控制系统，解决涉及航天高分辨率对地观测、星载精密光学仪器、武器装备稳瞄、超精密仪器加工等领域存在的多自由度超低频振动、振动共振以及非线性动力学多耦合等技术难题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一类基于零刚度系统的六自由度超低频隔振装置，所述零刚度系统是指不具备抵抗弹性变形的能力，具有连续平衡、恒定势能以及中性稳定的系统，其动力学方程可表示为

其中X是系统的位移向量，ε是加速度向量；零刚度系统具有零固有频率的特征，能够实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能；

所述基于零刚度系统的六自由度超低频隔振装置的构型是由支撑平台、基础平台及位于二者间的至少三个隔振模块连接而成，每个隔振模块设计满足零刚度系统的条件；