[发明专利]一种基于音圈作动器的超静主动隔振平台及方法

权利要求书

1.一种基于音圈作动器的超静主动隔振平台，其特征在于，包括顶板、上平台、安装凸耳、底板、推杆支撑块、单轴加速度传感器、控制单元、锁紧释放装置和音圈作动器；

所述安装凸耳设置在底板上，通过安装凸耳将底板固定在空间站上；所述上平台设置在底板上方；所述顶板安装在上平台上方；

所述锁紧释放装置有多个，均固定在底板上；所述锁紧释放装置用于将上平台与顶板锁紧，使上平台不能在太空中处于悬浮状态；当锁紧释放装置解锁时，上平台在太空中处于悬浮状态；

所述推杆支撑块有两个，以底板中轴线为对称轴安装在底板上；

所述音圈作动器有8个，其中4个音圈作动器竖直放置在上平台的孔内；另外4个音圈作动器水平放置，其中2个水平放置的音圈作动器分别与一个推杆支撑块成90度角的两个侧面接触，音圈作动器的中心轴与推杆支撑块的侧面垂直，另外2个水平放置的音圈作动器分别与另一个推杆支撑块成90度角的两个侧面接触，音圈作动器的中心轴与推杆支撑块的侧面垂直；

每个音圈作动器端部安装一个弹簧，进行约束限位，音圈作动器和弹簧构成一个支腿；每个音圈作动器同轴安装1个单轴加速度传感器；

所述主动隔振平台在轨运行时，锁紧释放装置解锁，8个单轴加速度传感器测量得到扰动在加速度传感器轴向的加速度值，送入控制单元，经过隔振控制方法计算得到8个音圈作动器的控制信号，音圈作动器收到控制信号后产生沿轴向的控制力，8个音圈作动器共同作用，实现对上平台光电载荷在水平正交两个方向及竖直方向加速度扰动的振动控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于音圈作动器的超静主动隔振平台，其特征在于，所述底板上设置一个三轴加速度传感器，测量底板加速度值，用于进行隔振性能评估。

3.根据权利要求1所述的一种基于音圈作动器的超静主动隔振平台，其特征在于，所述上平台上设置电源与信息接口，用于给主动隔振平台提供电源，以及进行传感器信号和控制信号的传输。

4.根据权利要求1所述的一种基于音圈作动器的超静主动隔振平台，其特征在于，所述顶板上设置光学载荷结构安装孔，用于安装光学载荷。

5.根据权利要求1所述的一种基于音圈作动器的超静主动隔振平台，其特征在于，所述上平台侧面设置封装版和连接板，用于封闭主动隔振平台。

6.根据权利要求1所述的一种基于音圈作动器的超静主动隔振平台，其特征在于，所述主动隔振平台内设置横梁，用于增强稳定性。

7.一种应用如权利要求1所述的主动隔振平台的隔振控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立主动隔振平台动力学模型，如公式(1)所示

式中M_p为惯性矩阵，F为支腿的输出力矢量，J_p和J_b分别是上平台和下平台的雅克比矩阵，x_p和x_b分别是上平台和下平台的广义坐标，C为作动器阻尼矩阵，K为作动器刚度矩阵；所述下平台包括锁紧释放装置和三轴加速度传感器；

步骤2：主动隔振平台采用闭环反馈控制，被控对象是上平台的光电载荷；所述控制单元包括处理器、PID控制器、电机和驱动器；

步骤3：单轴加速度传感器采集各个支腿的实际加速度，处理器计算实际加速度和0之间的差值，得到各个支腿的加速度偏差；

步骤4：将各个支腿的加速度偏差分别输入PID控制器，PID控制器执行抗饱和控制算法进行控制计算，得到各个支腿的控制电压，具体如下：

式中e_i(.)是偏差输入项，K_Pi是比例控制系数，K_Ii是积分控制系数，K_Di是微分控制系数，其中下标i对应支腿编号，K_Ci是积分饱和控制系数，u_max0是控制电压限幅，δ0是饱和区间调节增益，a_i0是当前支腿采集加速度值，u_ctrlouti为实际输出控制电压，sat(.)为取符号函数，e_ui＝u_ctrli-u_ctrlouti；

步骤5：将各个支腿的控制电压发送给驱动器，驱动器驱动电机运转，带动音圈作动器动作从而抑制光学载荷的振动。