[发明专利]一种基于智能压电阵列的微振动抑制平台及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于智能压电阵列的微振动抑制平台，包括上平台、下平台以及均布在上平台、下平台之间的主阻尼器和副阻尼器；主阻尼器、副阻尼器呈倾斜状，主阻尼器轴线延长线相交于上平台上方一点；所述阻尼器包括外套筒、位于阻尼器中轴线的主轴杆和设于外套筒中部的压电叠堆阵列，压电叠堆阵列至少包括两个压电叠堆，各压电叠堆相对于主轴杆对称分布，该阵列的中心为空心。本发明实现对微振动信号在6个自由度上的控制与抑制，从而实现了对来自各个方向和运动维度的微振动信号的全面抑制，极大提高了振动抑制平台的可靠性。对具有低频、各向异性和随机性较大的微振动信号，实现了在各个方向和维度上的精准抑制。

技术领域

本发明涉及一种平台及其控制方法，尤其涉及一种基于智能压电阵列的微振动抑制平台及其控制方法。

背景技术

光学通信技术、航空航天技术、生物医学技术、超精密加工等高新技术的飞速发展，迫切需要高精度、高稳定性的精密机械系统，而微振动的控制问题已经成为制约系统精度和稳定性的重要瓶颈技术之一。微振动是指振动幅值小(一般≤10微米)、频带宽(0.1Hz～200Hz)的微小扰动。微振动的产生原因十分复杂，既有可能来自于系统内部耦合产生，也有可能来自于系统外部的激励而产生。在机械系统中，尤其是精密机械系统中，微振动的存在极大的影响到系统终端执行器的作动精度及其稳定性。比如，在光学精密工程领域中，目前我国用于光纤封装定位的六自由度定位平台，其定位精度达到了100nm，远低于美国NEWPORT公司光纤定位平台20nm的定位精度。相关研究表明，精密定位平台的微振动和外部干扰是影响其定位精度的主要因素。微振动的显著特点是频率低(甚至是超低)、频域宽、振幅微小、多自由度、随机且各向异性。微振动对高精密系统的精度和稳定性影响十分巨大，微振动的控制已经成为包括精密机械系统在内的高端技术装备的关键基础问题之一。

传统的振动控制方法主要采用隔振装置、阻尼减振器或滤波模块等手段实现对振动信号的抑制与控制，仅适用于振幅较大、频段集中的振动信号，对振动速度、安装空间体积等有较高要求。精密机械系统中安装隔振装置的空间一般很有限，且微振动具有微振幅、宽频域和多自由度的特性，传统的振动检测技术和控制方法难以满足精密机械系统高精度和高稳定性的性能要求。为此，有必要面向微振动控制探索和研究更加有效的控制方法。目前研究较多的智能材料包括压电陶瓷材料、电(磁)流变体、磁致伸缩材料及形状记忆合金等。压电陶瓷材料综合性能优越，具有工作频带宽，响应速度快，作动精度高，性能稳定，控制简单等优点。利用压电陶瓷材料的传感特性和作动特性设计压电智能结构，并应用于振动控制，越来越受到国内外研究学者的青睐。但是，现有采用压电材料的阻尼器内部只设置一个压电叠堆，适用范围小，对低频、各项异性及随机性大的微振动信号感应抑制效果不好。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种基于智能压电阵列的全面、高效、精准的微振动抑制平台及其控制方法。

技术方案：本发明的基于智能压电阵列的微振动抑制平台，包括上平台、下平台以及均布在上平台、下平台之间的主阻尼器和副阻尼器；主阻尼器、副阻尼器呈倾斜状，主阻尼器与副阻尼器交错排布，主阻尼器轴线延长线相交于上平台上方一点，该点在上平台的投影与上平台圆心重合；所述阻尼器包括外套筒、位于阻尼器中轴线的主轴杆和设于外套筒中部的压电叠堆阵列，压电叠堆阵列两端各设有两个主轴杆；所述压电叠堆阵列至少包括两个压电叠堆，各压电叠堆相对于主轴杆对称分布，该阵列的中心为空心。

所述主阻尼器和副阻尼器设置四根，其中六根为运动杆，主阻尼器和副阻尼器交错分布。

副阻尼器轴线在下平台上的投影线与其中一根相邻主阻尼器轴线在下平台上的投影线平行，与另一根相邻主阻尼器轴线在下平台表面上的投影线垂直。

所述压电叠堆阵列的两端与主轴杆端部之间设有第一挡块，所述主轴杆与外套筒之间设有直线轴承和第二挡块；直线轴承设于主轴杆的端部，第二挡块设于主轴杆的中部，第二挡块和直线轴承之间设有预紧弹簧。

所述阻尼器包括被动隔振段，所述被动隔振段一端抵靠外套筒的端部，另一端抵靠第二挡块。