一种基于音圈电机的柔性结构振动主动控制系统及方法

摘要

一种基于音圈电机的柔性结构振动主动控制系统及方法，该系统包括固定于地面的主支撑杆，在其上固定横杆，位于横杆两侧、在主支撑杆上对称固定左右斜杆，紧邻左右斜杆、在主支撑杆两侧以横杆为对称轴固定有左侧和右侧大位移作动器，在横杆另一端的两侧对称固定有固定夹具，在固定夹具上安装定滑轮，在横杆的顶部安装柔性结构；在左右斜杆的另一端连接定位夹具，在定位夹具上安装有带孔螺钉，定滑轮、带孔螺钉的孔位置、左右斜杆在同一平面上，刚性绳索穿过左侧大位移作动器、定滑轮和带孔螺钉的孔；本发明还提供了该系统的控制方法；本发明采用音圈电机输出大位移和较大的控制力，通过滑轮转换控制方向即可实现柔性结构的模态振动主动控制。

说明书

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种基于音圈电机的柔性结构振 动主动控制系统及方法。

背景技术

音圈电机具有结构简单、体积小、重量轻、高速度、高加速度、高精度(直 接驱动)、急速响应、力控制精确等卓越特性，同时兼具寿命长、运动频率高等 优点。因此音圈电机被广泛地用于磁盘、激光唱片定位等精密定位系统以及主 动隔振技术中。

柔性空间桁架结构由于尺寸大、重量轻、柔性显著、阻尼弱，在太空工作 时将不可避免地受到各种外界和内部因素的干扰，从而激起低频、非线性、大 幅度的振动，且一旦激起将很难自行衰减，将会干扰姿态控制系统的正常工作， 也给航天器的定位精度带来严重影响。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于音圈 电机的柔性结构振动主动控制系统及方法，采用音圈电机输出大位移和较大的 控制力，通过滑轮转换控制方向，在距离固定端尽可能远且不影响柔性结构固 有频率的地方施加控制，即可实现柔性结构的模态振动主动控制，相比其他作 动方式，对柔性结构的附加质量较小，输出稳定，输出位移和输出力更大，充 分利用了音圈电机的性能，抑振效果更明显。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于音圈电机的柔性结构振动主动控制系统，包括固定于地面的主支 撑杆10，在主支撑杆10上固定有横杆8，位于横杆8两侧、在主支撑杆10上 对称的固定有左斜杆12和右斜杆13，紧邻左斜杆12和右斜杆13、在主支撑杆 10两侧以横杆8为对称轴固定有左侧大位移作动器11和右侧大位移作动器1， 在横杆8的另一端的两侧对称固定有固定夹具3，在两个固定夹具3上分别安装 有定滑轮2，在横杆8的顶部安装有柔性结构9；在左斜杆12和右斜杆13的另 一端均连接有定位夹具4，在定位夹具4上安装有带孔螺钉5，所述定滑轮2、 带孔螺钉5的孔位置、左斜杆12和右斜杆13在同一平面上，第一刚性绳索6 穿过左侧大位移作动器11、定滑轮2和带孔螺钉5的孔，第二刚性绳索7穿过 右侧大位移作动器1、定滑轮2和带孔螺钉5的孔。

所述右侧大位移作动器1包括固定在夹具1-1上的音圈电机，在音圈电机 两侧的夹具1-1上通过螺钉固定有直线滑轨1-5，在直线滑轨1-5上安装有通过 固定螺钉限位的滑块1-6，两个滑块1-6固定在连接件1-4的两端，所述音圈电 机包括磁缸1-2和固定在连接件1-4上并置于磁缸1-2内的线圈1-3，所述两个 直线滑轨1-5与磁缸1-2的中轴线共面；所述左侧大位移作动器11的结构同右 侧大位移作动器1。

所述滑块1-6距磁缸1-2的距离大于5mm。

所述第一刚性绳索6和第二刚性绳索7为凯夫拉绳索。

所述夹具1-1和连接件1-4均采用非导磁材料。

上述所述基于音圈电机的柔性结构振动主动控制系统的控制方法，工作 时，首先将主支撑杆10两侧音圈电机的线圈1-3通过滑块1-6在直线滑轨1-5 的滑动调节至距磁缸1-2距离最大处，调节第一刚性绳索6和第二刚性绳索7 使其处于预紧状态，保证柔性结构9处于静平衡位置；当柔性结构9沿水平面 被激振后，产生沿X方向左右摇晃振动；当振幅达到预先设定位移值时，开始 给右侧大位移作动器1通电；当柔性结构9沿X正向摆动时，右侧大位移作动 器1工作，左侧大位移作动器11停止工作，右侧大位移作动器1中的线圈1-3 向磁缸1-2回缩，带动第二刚性绳索7将柔性结构9往左侧拉回；当柔性结构9 沿X负向摆动时，左侧大位移作动器11工作，右侧大位移作动器1停止工作， 左侧大位移作动器11中的线圈1-3向磁缸1-2回缩，带动第一刚性绳索6将柔 性结构9往右侧拉回；柔性结构9来回摆动时，左右大位移作动器交替工作， 从而达到抑振的效果。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

本发明采用音圈电机输出大位移和较大的控制力，通过滑轮转换控制方向， 在距离固定端尽可能远且不影响柔性结构固有频率的地方施加控制，即可实现 柔性结构的振动主动控制，相比其他作动方式，对柔性结构的附加质量较小， 输出稳定，输出位移和输出力更大，充分利用了音圈电机的性能，抑振效果更 明显。

附图说明

图1为本发明整体示意图。

图2为大位移作动器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种基于音圈电机的柔性结构振动主动控制系统，包括固定 于地面的主支撑杆10，在主支撑杆10上固定有横杆8，位于横杆8两侧、在主 支撑杆10上对称的固定有左斜杆12和右斜杆13，紧邻左斜杆12和右斜杆13、 在主支撑杆10两侧以横杆8为对称轴固定有左侧大位移作动器11和右侧大位 移作动器1，在横杆8的另一端的两侧对称固定有固定夹具3，在两个固定夹具 3上分别安装有定滑轮2，在横杆8的顶部安装有柔性结构9；在左斜杆12和右 斜杆13的另一端均连接有定位夹具4，在定位夹具4上安装有带孔螺钉5，所 述定滑轮2、带孔螺钉5的孔位置、左斜杆12和右斜杆13在同一平面上，第一 刚性绳索6穿过左侧大位移作动器11、定滑轮2和带孔螺钉5的孔，第二刚性 绳索7穿过右侧大位移作动器1、定滑轮2和带孔螺钉5的孔。

如图2所示，所述右侧大位移作动器1包括固定在夹具1-1上的音圈电机， 在音圈电机两侧的夹具1-1上通过螺钉固定有直线滑轨1-5，在直线滑轨1-5上 安装有通过固定螺钉限位的滑块1-6，两个滑块1-6固定在连接件1-4的两端， 所述音圈电机包括磁缸1-2和固定在连接件1-4上并置于磁缸1-2内的线圈1-3， 所述两个直线滑轨1-5与磁缸1-2的中轴线共面；所述左侧大位移作动器11的 结构同右侧大位移作动器1。

作为本发明的优选实施方式，所述滑块1-6距磁缸1-2的距离大于5mm， 减小滑块运动时对磁路的干扰。

作为本发明的优选实施方式，所述第一刚性绳索6和第二刚性绳索7为凯 夫拉绳索。

作为本发明的优选实施方式，所述夹具1-1和连接件1-4均采用非导磁材 料，如硬铝。

作为本发明的优选实施方式，所述连接零件的所有螺钉和螺母均采用不导 磁不锈钢材质。

上述所述基于音圈电机的柔性结构振动主动控制系统的控制方法，工作 时，首先将主支撑杆10两侧音圈电机的线圈1-3通过滑块1-6在直线滑轨1-5 的滑动调节至距磁缸1-2距离最大处，调节第一刚性绳索6和第二刚性绳索7 使其处于预紧状态，保证柔性结构9处于静平衡位置；当柔性结构9沿水平面 被激振后，产生沿X方向左右摇晃振动；当振幅达到预先设定位移值时，开始 给右侧大位移作动器1通电；当柔性结构9沿X正向摆动时，右侧大位移作动 器1工作，左侧大位移作动器11停止工作，右侧大位移作动器1中的线圈1-3 向磁缸1-2回缩，带动第二刚性绳索7将柔性结构9往左侧拉回；当柔性结构9 沿X负向摆动时，左侧大位移作动器11工作，右侧大位移作动器1停止工作， 左侧大位移作动器11中的线圈1-3向磁缸1-2回缩，带动第一刚性绳索6将柔 性结构9往右侧拉回；柔性结构9来回摆动时，左右大位移作动器交替工作， 从而达到抑振的效果。