具有微摆动抑制和指向调节功能的作动平台及作动方法与流程

本发明涉及微摆动抑制和指向调节功能技术领域，具体涉及一种具有微摆动抑制和指向调节功能的作动平台及作动方法。

背景技术：
随着卫星通信与对地成像技术的快速发展，对卫星的指向精度和稳定度提出了越来越高的要求。传统的指向调节控制采用的是磁性电机驱动控制，电机驱动控制进行指向调节一般由电机、电机控制器以及调节对象组成。电机驱动控制进行指向调节存在以下缺陷：一、电机驱动设备的重量、体积较大，并且功耗高；二、电机驱动控制指向调节精度不高；三、对于高分辨率成像需求，电机驱动运行过程中无法抑制指向角度的微摆动，指向调节的稳定度低。对于要求结构质量轻量化、小型化、低功耗、指向调节高精度、指向角度微摆动抑制等功能时，传统的电机驱动控制难以满足上述条件。

技术实现要素：
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具有微摆动抑制和指向调节功能的作动平台及作动方法，该平台既可以实现高精度的指向调节，也可实现微摆动主动控制功能。为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：具有微摆动抑制和指向调节功能的作动平台，包括下底座1，上平台2，连接在下底座1和上平台2四周的作动杆4，连接在下底座1中心与上平台2中心间的柔性铰链支撑3；作动杆4的下端固定在下底座1上，上端通过柔性铰链与上平台2连接，作动杆4关于平台中心的柔性支撑3对称呈对角线两两分布；作动杆4上串联由压电堆8与二级菱形微位移放大机构5组成的压电驱动器；作动杆4旁边布置电涡流位移传感器9。所述二级菱形位移放大机构5包括菱形框架的外部位移放大机构6和内部位移放大机构7，内部位移放大机构7套入外部位移放大机构6，外部位移放大机构6的长轴两端分别与内部位移放大机构7的短轴两端通过刚性连接件固定，且内部位移放大机构7的长轴与外部位移放大机构6的长轴相垂直，压电堆8的两端分别与内部位移放大机构7的长轴内侧两端相固定，并始终处于受压状态；所述作动杆4固定在外部位移放大机构6的短轴两端。所述柔性铰链支撑3、作动杆4与上平台2以及下底座1之间的连接均采用螺栓连接。上述所述的具有微摆动抑制和指向调节功能的作动平台的作动方法，当向压电堆8输入电压控制信号，压电堆8膨胀，二级菱形微位移放大机构5的内部位移放大机构7短轴方向产生输出位移，导致外部位移放大机构6的长轴方向产生输入位移，驱动外部放大机构6的短轴方向产生输出位移，作动杆4产生轴向输出位移，则上平台2会随之有一个角度的偏转；所述电涡流位移传感器9采集上平台2转动产生的位移信号，经过信号转换，反馈到作动杆4中的压电堆8，压电堆8加载电压控制信号后，通过二级菱形微位移放大机构5，驱动作动杆4，继而使作动杆4作用于连接在作动杆上端与上平台2之间的柔性铰链，两两对角线布置的压电驱动器协同作动，推动上平台2沿对角方向转动；由于受到外界的干扰，会使得上平台2产生振动，通过电涡流位移传感器9采集上平台2的振动信号，对信号进行处理以得到控制信号反馈给压电堆8，二级菱形微位移放大机构5会产生一个与振动方向相反的控制力，使振动迅速衰减，从而起到振动主动控制功能的作用。本发明和现有技术相比，具有如下优点：1)相比于传统磁性电机驱动控制，压电作动和驱动设备具有重量轻、体积小、功耗低等独特优势。2)本发明选用压电驱动方式，对指向调节进行闭环控制，从而能够实现高分辨率、高精度的指向调节，并且响应速度快。3)本发明作动杆上串联二级菱形微位移放大机构，相比于普通菱形位移放大机构，输出位移行程扩大，因此指向调节的角度范围也相应扩大。4)本发明采用了柔性铰链支撑结构，柔性铰链利用弹性材料微小变形及其自回复的特性，消除传动过程中的空程和机械摩擦，获得超高的位移分辨率，减少了机构的误差。5)本发明通过设计柔性铰链支撑和作动杆，平台具有二维高精度指向调节与微摆动主动抑制，相比于传统的指向调节、隔振平台，功能多样化。总之，本发明能够避免传统电机驱动控制的重量大、体积大、功耗高、精度低等缺点，具有重量轻、体积小、功耗低、高精度高稳定度、大量程等优点。附图说明图1为本发明作动平台整体结构示意图。图2为压电驱动器结构示意图。图3为本发明平台指向调节示意图。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，本发明具有微摆动抑制和指向调节功能的作动平台，包括下底座1，上平台2，连接在下底座1和上平台2四周的作动杆4，连接在下底座1中心与上平台2中心间的柔性铰链支撑3；作动杆4的下端固定在下底座1上，上端通过柔性铰链与上平台2连接，作动杆4关于平台中心的柔性支撑3对称呈对角线两两分布；作动杆4上串联由压电堆8与二级菱形微位移放大机构5组成的压电驱动器；作动杆4旁边布置电涡流位移传感器9。如图2所示，所述二级菱形位移放大机构5包括菱形框架的外部位移放大机构6和内部位移放大机构7，内部位移放大机构7套入外部位移放大机构6，外部位移放大机构6的长轴两端分别与内部位移放大机构7的短轴两端通过刚性连接件固定，且内部位移放大机构7的长轴与外部位移放大机构6的长轴相垂直，压电堆8的两端分别与内部位移放大机构7的长轴内侧两端相固定，并始终处于受压状态；所述作动杆4固定在外部位移放大机构6的短轴两端。作为本发明的优选实施方式，所述柔性铰链支撑3、作动杆4与上平台2以及下底座1之间的连接均采用螺栓连接。本发明平台实现作动的方法：当向压电堆8输入特定的电压控制信号，压电堆8膨胀，二级菱形微位移放大机构5的内部位移放大机构7短轴方向产生输出位移，导致外部位移放大机构6的长轴方向产生输入位移，驱动外部放大机构6的短轴方向产生输出位移，作动杆4产生轴向输出位移，则上平台2会随之有一个角度的偏转。电涡流位移传感器9采集上平台2转动产生的位移信号，经过处理后反馈到压电堆8上的电压信号，利用闭环控制实现精确的角度调节。由于压电堆8可以产生微米量级的作动位移，所以本发明的调节分辨率可以达到微弧级。四个作动杆4协同作动，可以实现两个旋转自由度，其平台指向角度调节范围如图3所示。由于受到外界的干扰，会使得本发明的指向调节平台产生振动，通过电涡流位移传感器9采集平台的振动信号，对信号进行处理以得到控制信号反馈给压电堆8，二级菱形微位移放大机构5会产生一个与振动方向相反的控制力，使振动迅速衰减，从而起到振动主动控制功能的作用。