一种附着式多自由度激励系统

1.本实用新型涉及微振动试验中多自由度激励系统技术领域，尤其是涉及一种附着式多自由度激励系统。


背景技术：

2.微振动是普遍存在于在轨航天器上的一种振动干扰，其特点是幅值低，频率分布范围广。高精度航天器对振动环境十分敏感，微振动会导致其性能指标劣化，影响有效载荷的工作。试验是检验微振动对于航天器影响的重要手段，而使用真实扰振源会大大增加试验系统的复杂性和成本。通过开发可靠的微振动模拟技术，实现等效真实扰振源的扰振特性，可以作为一种良好的解决途径，因此，为了便于开展微振动试验，需要设计多自由度激励系统。
3.常规的多自由度激励系统主要是基于stewart平台及其衍生装置，通过驱动上平台和下平台之间的主动元件，使得上平台产生振动输出。这类平台式的激励系统存在以下三点不足：(1)适用范围受限，既要产生激励，又要有一定的承载能力，仅适用于中小型部件的振动试验；(2)激励信号难以施加在真实扰振源的实际安装位置；(3)能实现的边界条件有限，被测试对象仅能在固支边界下进行试验，无法开展自由边界下的振动试验。此外，这类平台系统复杂，安装和校准耗时久，使用不方便。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种附着式多自由度激励系统，包括：
5.激励台；
6.模拟源，其包括多个，多个所述模拟源以三维直角坐标系的相对位置关系连接在所述激励台上，并对所述激励台产生相应的扰振力；
7.控制系统，其与所述模拟源电信连接，其一方面将激励信号传输至所述模拟源，另一方面监控模拟源的扰振力数据，并根据扰振数据对激励信号进行修正；
8.其中，所述模拟源接收所述控制系统发出的激励信号后，产生扰振力，并将扰振力传递至所述激励台。
9.优选地，所述模拟源包括输入接口、输出接口、激励源件及传感器；所述输入接口电信连接所述激励源件及所述控制系统，其接收所述控制系统发出的激励信号并传递至所述激励源件，所述激励源件根据激励信号产生相应的扰振力，并将自身的扰振力传递至所述激励台；所述传感器连通所述激励源件及所述输出接口，将所述激励源件的扰振力以扰振力信号的形式进行传递；所述输出接口连通所述传感器及所述控制系统，其接收所述传感器的扰振力信号反馈至所述控制系统，促使所述控制系统进对即将发出的激励信号进行修正。
10.优选地，所述激励源件包括插接在一起的作动器定子及作动器动子，所述作动器
定子部分插入所述作动器动子内；所述作动器定子电信连接所述输入接口，接收输入接口的激励信号并产生磁场带动所述作动器动子扰振；所述作动器动子连接所述传感器，能够将自身的扰振力传送至所述传感器，所述传感器根据扰振力发出扰振力信号。
11.优选地，所述模拟源还包括底座及外筒；所述外筒连接于所述底座上，所述激励源件连接在所述底座上并设于所述外筒内部，所述输入接口及所述输出接口均设于所述外筒上。
12.优选地，所述外筒内还设置上膜片弹簧、下膜片弹簧及中心轴；所述激励源件设于所述上膜片弹簧与所述下膜片弹簧之间，所述上膜片弹簧、激励源件及下膜片弹簧从上至下依次绕所述中心轴设置，所述传感器设于所述上膜片弹簧之上，并连接所述激励源件及所述中心轴；所述上膜片弹簧及所述下膜片弹簧用于约束所述激励源件。
13.优选地，所述外筒上还设置顶盖；所述顶盖设于所述外筒顶部，并配合所述底座形成所述模拟源的外壳结构。
14.优选地，所述模拟源通过所述底座连接在所述激励台上。
15.优选地，所述底座通过设置的法兰连接在所述激励台上。
16.优选地，所述模拟源的数量与所述扰振力的自由度相一致，需要几个自由度则设计几个模拟源。
17.优选地，所述模拟源包括六个；六个所述模拟源在三维直角坐标系的每个面上各设置两个。
18.综上所述，本实用新型的有益技术效果为：附着式多自由度激励系统，可以灵活布置，通过多台单自由度模拟源的组合工作，可以在任意位置输出多自由度扰振力，以替代真实活动部件；所设计的激励系统可以满足航天器的试验需求，不会影响其边界条件，相比使用真实活动部件，具有成本低，安装便捷的优势。
附图说明
19.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的特征和优点将更为清楚。附图仅用于表示优选实施例方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
20.图1是本实用新型系统的整体结构示意图；
21.图2是本实用新型系统的模拟源的结构示意图；
22.图3是本实用新型模拟源在三维直角坐标系的相对位置结构示意图；
23.图中，1、激励台，2、模拟源，3、控制系统；
24.21、输入接口，22、输出接口，23、激励源件，231、作动器定子，232、作动器动子，24、传感器，25、底座，26、外筒，27、上膜片弹簧，28、下模片弹簧，29、中心轴，261、顶盖；
25.2(1)、模拟源，2(2)、模拟源，2(3)、模拟源，2(4)、模拟源，2(5)、模拟源，2(6)、模拟源。
具体实施方式
26.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例
所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.参照图1所示，为本实用新型公开的一种附着式多自由度激励系统，包括激励台1、模拟源2及控制系统3；参照附图1中，2(1)-2(6)所示，模拟源2包括多个，多个模拟源2以三维直角坐标系的相对位置关系连接在激励台1上，并对激励台1产生相应的扰振力；控制系统3与模拟源2电信连接，其一方面将激励信号传输至模拟源2，另一方面监控模拟源2的扰振力数据，并根据扰振数据对激励信号进行修正；其中，模拟源2接收控制系统3发出的激励信号后，产生扰振力，并将扰振力传递至激励台1。本实施例中，由于模拟源2可以在任意位置输出多自由度扰振力，以替代真实活动部件，其实操作更为灵活，打破了传统stewart平台适用范围受限、既要产生激励、又要有一定的承载能力、仅适用于中小型部件的振动试验；所设计的激励系统可以满足航天器的试验需求，不会影响其边界条件，相比使用真实活动部件，具有成本低，安装便捷的优势。应当理解的是，模拟源的最少台数由需要模拟振动信号的自由度数决定；多台模拟源安装的相对位置由模拟源的在三维直角坐标系下的坐标计算得到，可以灵活设计；确定模拟源台数和相对位置关系之后，可以进行标定试验，实现预校准。
28.参照图2所示，模拟源包括输入接口21、输出接口22、激励源件23及传感器24；输入接口21电信连接激励源件23及控制系统3，其接收控制系统3发出的激励信号并传递至激励源件23，激励源件23根据激励信号产生相应的扰振力，并将自身的扰振力传递至所述激励台；传感器24连通激励源件23及输出接口22，用于将激励源件23的扰振力传输以扰振力信号的形式进行传递；输出接口22电信连接传感器24及控制系统3，其接收传感器24的扰振力信号并反馈至控制系统3，促使控制系统3进对即将发出的激励信号进行修正。
29.继续参照图2所示，激励源件23包括插接在一起的作动器定子231及作动器动子232，作动器定子231部分插入作动器动子232内；作动器定子231电信连接输入接口21，接收输入接口21的激励信号并产生磁场带动作动器动子232扰振；作动器动子232连接传感器24，能够将自身的扰振力传送至传感器24，传感器24根据扰振力发出扰振力信号。
30.本示例中，参照图2所示，模拟源2还包括底座25及外筒26；外筒26连接于底座25上，激励源件23连接在底座25上并设于外筒26内部，输入接口21及输出接口22均设于外筒26上。
31.继续参照图2所示，外筒26内还设置上膜片弹簧27、下膜片弹簧28及中心轴29；激励源件23设于上膜片弹簧27与下膜片弹簧28之间，上膜片弹簧27、激励源件23及下膜片弹簧28从上至下依次绕中心轴29设置，传感器24设于上膜片弹簧27之上，并连接激励源件23及中心轴29；上膜片弹簧27及下膜片弹簧28用于约束激励源件23。应当理解的是，单台模拟源的激励源件产生的扰振力等于往复运动的作动器动子所产生的惯性力，作动器动子与上膜片弹簧构成弹簧-振子系统，将单台模拟源视为整体，弹簧-振子系统的弹性恢复力和阻尼力均属于内力，故作动器动子运动产生的惯性力等于单台模拟源的总输出力，即扰振力。将上膜片弹簧及下膜片弹簧心形的法线定义为模拟源的中心对称轴，理想条件下，中心轴与作动器的中心对称轴重合，此时，扰振力也沿着模拟源的中心对称轴。
32.继续参照图2所示，外筒26上还设置顶盖261；顶盖261设于外筒26顶部，并配合底
座25形成模拟源2的外壳结构。
33.本示例中，模拟源2通过底座25连接在激励台1上。
34.优选地，底座25通过设置的法兰连接在激励台1上。
35.本实施例中，模拟源2的数量与扰振力的自由度相一致，需要几个自由度则设计几个模拟源2。
36.参照图1、3所示，本示例中模拟源2包括六个；六个模拟源2在三维直角坐标系的每个面上各设置两个。模拟源2的安装位置由模拟源的所在的三维直角坐标系xyz确定，安装位置即每台模拟源底座的坐标值。已知中心对称轴平行的模拟源为一组，可以看出图1中，六台模拟源中，模拟源2(1)、模拟源2(2)为一组，模拟源2(3)、模拟源2(6)为一组，模拟源2(4)、模拟源2(5)一组，该布置方式能够满足模拟六个自由度的振动信号的需求。
37.图3为六台模拟源所产生的六个激励力的空间分布示意图，图中ai表示第i模拟源的位置坐标，fi表示第i模拟源的激励力，f1和f2平行于x轴，f3和f4平行于y轴，f5和f6平行于z轴。两个同向的模拟源为一组(如：f1和f2)，三组模拟源激励方向互相垂直，故模拟的扰振力可以由同一组模拟源的激励信号直接叠加得到(如：f1和f2相加可以模拟沿x方向的扰振力)，模拟的扰振力矩则是由两组模拟源的激励信号分别乘以力臂，再叠加才能得到(如：f3、f4、f5、f6分别与相对x轴的力臂相乘再求和，可以模拟绕x方向的扰振力矩)。
38.上述实施例中的模拟源的工作原理：图中顶盖261和底座25通过外筒26相连，构成模拟源2外壳结构；底座25固定在激励台1上，可以将模拟源2按不同分布方式安装到激励台1上；上膜片弹簧27、下膜片弹簧28固定在外筒26内侧，中心开孔，中心轴29穿过两中心孔并与上、下膜片弹簧连接；作动器动子232位于上、下膜片弹簧之间，与中心轴29连接；作动器定子231位于上、下膜片弹簧，靠近下膜片28弹簧位置，固定在外筒26内侧；作动器定子231结构延伸至作动器动子232内，限制了作动器动子232上下移动的范围，用于自限位保护；输入接口21与作动器定子231的可通过线圈相连，通过接收对模拟源2的控制信号，产生特定电磁场，对作动器动子232施加作用力使其运动；传感器24与中心轴29及作动器动子232相连，用于测量模拟源2产生的扰振力数据，将监测的传感器24的扰振力数据以信号的形式反馈给控制系统3，控制系统3依据扰振力信号对即将发出的新的激励信号进行修正。
39.综上所述，本实用新型的有益技术效果为：附着式多自由度激励系统，可以灵活布置，通过多台单自由度模拟源的组合工作，可以在任意位置输出多自由度扰振力，以替代真实活动部件。所设计的激励系统可以满足航天器的试验需求，不会影响其边界条件，相比使用真实活动部件，具有成本低，安装便捷的优势。
40.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
41.最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做
出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

技术特征：
1.一种附着式多自由度激励系统，其特征在于，包括：激励台；模拟源，其包括多个，多个所述模拟源以三维直角坐标系的相对位置关系连接在所述激励台上，并对所述激励台产生相应的扰振力；控制系统，其与所述模拟源电信连接；其中，所述模拟源接收所述控制系统发出的激励信号后，产生扰振力，并将扰振力传递至所述激励台。2.根据权利要求1所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于：所述模拟源包括输入接口、输出接口、激励源件及传感器；所述输入接口电信连接所述激励源件及所述控制系统，其接收所述控制系统发出的激励信号并传递至所述激励源件，所述激励源件根据激励信号产生相应的扰振力，并将自身的扰振力传递至所述激励台；所述传感器连通所述激励源件及所述输出接口，用于将所述激励源件的扰振力以扰振力信号的形式进行传递；所述输出接口电信连接所述传感器及所述控制系统，其接收所述传感器的扰振力信号反馈至所述控制系统，促使所述控制系统进对即将发出的激励信号进行修正。3.根据权利要求2所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述激励源件包括插接在一起的作动器定子及作动器动子，所述作动器定子部分插入所述作动器动子内；所述作动器定子电信连接所述输入接口，接收输入接口的激励信号并产生磁场带动所述作动器动子扰振；所述作动器动子连接所述传感器，能够将自身的扰振力传送至所述传感器，所述传感器根据扰振力发出扰振力信号。4.根据权利要求2或3所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述模拟源还包括底座及外筒；所述外筒连接于所述底座上，所述激励源件连接在所述底座上并设于所述外筒内部，所述输入接口及所述输出接口均设于所述外筒上。5.根据权利要求4所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述外筒内还设置上膜片弹簧、下膜片弹簧及中心轴；所述激励源件设于所述上膜片弹簧与所述下膜片弹簧之间，所述上膜片弹簧、激励源件及下膜片弹簧从上至下依次绕所述中心轴设置，所述传感器设于所述上膜片弹簧之上，并连接所述激励源件及所述中心轴；所述上膜片弹簧及所述下膜片弹簧用于约束所述激励源件。6.根据权利要求5所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述外筒上还设置顶盖；所述顶盖设于所述外筒顶部，并配合所述底座形成所述模拟源的外壳结构。7.根据权利要求4所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述模拟源通过所述底座连接在所述激励台上。8.根据权利要求7所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述底座通过设置的法兰连接在所述激励台上。9.根据权利要求5-8任一项所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述模拟源的数量与所述扰振力的自由度相一致，需要几个自由度则设计几个模拟源。10.根据权利要求1所述的附着式多自由度激励系统，其特征在于，所述模拟源包括六个；六个所述模拟源在三维直角坐标系的每个面上各设置两个。

技术总结
本实用新型涉及一种附着式多自由度激励系统，包括激励台、模拟源及控制系统；模拟源包括多个，多个模拟源以三维直角坐标系的相对位置关系连接在激励台上，并对激励台产生相应的扰振力；控制系统与模拟源电信连接，其一方面将激励信号传输至模拟源，另一方面监控模拟源的扰振力数据，并根据扰振数据对激励信号进行修正；其中，模拟源接收控制系统发出的激励信号后，产生扰振力，并将扰振力传递至激励台。本实用新型的优点是，可以灵活布置，多台模拟源的组合工作，可以在任意位置输出多自由度扰振力，以替代真实活动部件。所设计的激励系统可以满足航天器的试验需求，不会影响其边界条件，相比使用真实活动部件，具有成本低，安装便捷的优势。捷的优势。捷的优势。


技术研发人员：林星翰
受保护的技术使用者：北京工商大学
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/7/20