顧營(yíng)迎，霍　琦，李　昂，李大為，徐振邦，李　義，吳清文

(中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 機(jī)器人系統(tǒng)創(chuàng)新研究室，吉林 長(zhǎng)春 130033)

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用于光學(xué)遙感器耐受衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)環(huán)境地面測(cè)試的六自由度平臺(tái)

顧營(yíng)迎*，霍琦，李昂，李大為，徐振邦，李義，吳清文

(中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 機(jī)器人系統(tǒng)創(chuàng)新研究室，吉林 長(zhǎng)春 130033)

考慮空間衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)環(huán)境對(duì)高分辨率空間光學(xué)遙感器成像質(zhì)量的制約，提出了在地面測(cè)試光學(xué)遙感器耐受空間微振動(dòng)環(huán)境裕度的六自由度激振平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。建立了平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)出促動(dòng)器音圈電機(jī)的傳遞函數(shù)并建立了Simulink模型?；谠O(shè)計(jì)的模型研制了六自由度平臺(tái)。對(duì)振動(dòng)平臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)加速度控制精度的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)以典型的衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)頻率點(diǎn)為測(cè)試輸入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明平臺(tái)振動(dòng)頻率為7～40 Hz時(shí)，其加速度輸出相對(duì)誤差可控制在7%以內(nèi)。該平臺(tái)借鑒了Stewart平臺(tái)的并聯(lián)構(gòu)型，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度大，振源輸出精確可控，滿足地面試驗(yàn)應(yīng)用要求。

空間光學(xué)遙感器；空間微振動(dòng)環(huán)境；六自由度平臺(tái)；振動(dòng)測(cè)試；地面測(cè)試

1　引　言

隨著空間光學(xué)遙感器對(duì)地觀測(cè)性能要求的不斷提高，衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)環(huán)境將成為制約空間光學(xué)遙感器觀測(cè)性能進(jìn)一步提升的主要因素之一[1]。來(lái)自衛(wèi)星平臺(tái)上其他設(shè)備的振動(dòng)，以及外部空間環(huán)境溫度的劇烈變化導(dǎo)致的衛(wèi)星平臺(tái)震顫等，都將導(dǎo)致空間光學(xué)遙感器對(duì)地成像性能降低，甚至達(dá)不到預(yù)期效果[2-4]。為此，國(guó)外一般從空間微振動(dòng)環(huán)境在軌測(cè)量、振動(dòng)模型及耦合路徑建模分析和地面試驗(yàn)驗(yàn)證等方面，來(lái)研究空間平臺(tái)微振動(dòng)環(huán)境對(duì)遙感器性能指標(biāo)的影響，從而克服空間微振動(dòng)環(huán)境對(duì)光學(xué)遙感器的影響。NASA和德國(guó)航天局合作，利用德國(guó)的Astro-Spas小衛(wèi)星平臺(tái)進(jìn)行了2次航天器在軌微振動(dòng)環(huán)境實(shí)驗(yàn)，獲取在軌航天器結(jié)構(gòu)的微動(dòng)力特性[5]。歐空局為了解決航天器微振動(dòng)環(huán)境對(duì)未來(lái)高精度有效載荷的影響問(wèn)題開(kāi)發(fā)了PAX(The PDSE Accelerometer experiment)微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)[6]。該系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)在軌通訊衛(wèi)星的微振動(dòng)水平，獲得未來(lái)設(shè)計(jì)高精度光學(xué)有效載荷的微振動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其次該系統(tǒng)還可以監(jiān)測(cè)航天器上不同機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。Eyerman和Sha等人對(duì)航天器微振動(dòng)的擾動(dòng)源進(jìn)行了全面總結(jié)，認(rèn)為航天器最大的擾動(dòng)源是反作用飛輪擾動(dòng)和熱抖動(dòng)[7]。Melody利用單個(gè)反作用飛輪擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了反作用輪組的隨機(jī)擾動(dòng)模型[8]。Bialke對(duì)反作用飛輪擾動(dòng)的來(lái)源、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)建模進(jìn)行了全面的論述[9]。Kim從仿真分析角度對(duì)航天器熱擾動(dòng)進(jìn)行了研究[10]。NASA為測(cè)試JWST的衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)環(huán)境耐受能力搭建了波前控制測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)采用在光路中插入壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的快速偏轉(zhuǎn)鏡來(lái)模擬平臺(tái)微振動(dòng)[11]。

通過(guò)多根支腿、鉸鏈，連接上、下平臺(tái)形成上平臺(tái)具有6個(gè)自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，最早始于Stewart的研究。人們把這種結(jié)構(gòu)形式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為Stewart平臺(tái)[12]。這種并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度高、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)誤差小等優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。尤其在航空航天、大望遠(yuǎn)鏡精密觀測(cè)及運(yùn)動(dòng)模擬仿真等領(lǐng)域，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用[13]。為了降低振動(dòng)對(duì)光學(xué)成像儀性能造成的影響，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了衛(wèi)星超靜隔離技術(shù)在軌試驗(yàn)(SUITE)研究。該研究中使用并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行隔振，能有效隔離空間六維振動(dòng)。歐洲航天局將這種Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于國(guó)際空間站上的精確指向平臺(tái)，空間站在軌運(yùn)行期間，該平臺(tái)帶動(dòng)大氣觀測(cè)儀實(shí)現(xiàn)對(duì)地心的精確對(duì)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)哈爾濱大學(xué)、燕山大學(xué)、上海交通大學(xué)等也對(duì)Stewart平臺(tái)進(jìn)行了深入研究，并應(yīng)用于精密指向、隔振、激振、運(yùn)動(dòng)仿真等領(lǐng)域的工程應(yīng)用中，取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

本文設(shè)計(jì)了一種用于光學(xué)遙感器成像性能耐受衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)環(huán)境地面驗(yàn)證的六自由度振動(dòng)平臺(tái)。該平臺(tái)借鑒了Stewart平臺(tái)的并聯(lián)構(gòu)型作為振動(dòng)機(jī)構(gòu)，使平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度大，具有6個(gè)振動(dòng)自由度。將精密指向機(jī)構(gòu)應(yīng)用在振動(dòng)生成上，可使振源輸出精確可控。

2　六自由度平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)NASA對(duì)在軌衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，衛(wèi)星平臺(tái)上的微振動(dòng)頻率主要集中在0.43～200 Hz內(nèi)，而相應(yīng)的加速度一般在10-5～10-3g內(nèi)[14]。衛(wèi)星平臺(tái)的加速度值是由振動(dòng)源的擾動(dòng)力和平臺(tái)自身的質(zhì)量決定的，因此六自由度平臺(tái)的振動(dòng)輸出頻率及輸出擾動(dòng)力是本系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)。而系統(tǒng)輸出的加速度值可以通過(guò)配重進(jìn)行調(diào)節(jié)，可不作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。由此確定平臺(tái)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1　平臺(tái)設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.1平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

六自由度平臺(tái)系統(tǒng)如圖1所示，主要由3個(gè)子系統(tǒng)組成，包括上位機(jī)操作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式中間系統(tǒng)和底層系統(tǒng)等。上位機(jī)操作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成人機(jī)交互輸入輸出功能和運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃計(jì)算；嵌入式中間系統(tǒng)負(fù)責(zé)與上位機(jī)操作系統(tǒng)通訊，實(shí)時(shí)控制電機(jī)促動(dòng)器和傳感器采樣處理；底層系統(tǒng)包括微振動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)，傳感器硬件，電機(jī)促動(dòng)器硬件和供電系統(tǒng)等。目前應(yīng)用在六自由度并聯(lián)平臺(tái)上的電機(jī)促動(dòng)器根據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域和側(cè)重點(diǎn)不同分為電磁驅(qū)動(dòng)的，電機(jī)絲杠驅(qū)動(dòng)的，壓電驅(qū)動(dòng)的，液壓驅(qū)動(dòng)的等?？紤]到六自由度平臺(tái)主要應(yīng)用于產(chǎn)生模擬衛(wèi)星平臺(tái)的微振動(dòng)環(huán)境，對(duì)振動(dòng)復(fù)現(xiàn)的頻率、帶寬及輸出力范圍較為關(guān)注，因此選擇電磁致動(dòng)的音圈電機(jī)作為平臺(tái)的力輸出設(shè)備。

圖1　振動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

六自由度平臺(tái)主要由上平臺(tái)、下平臺(tái)、平臺(tái)支腿(包括上支腿、下支腿)及連接平臺(tái)與平臺(tái)支腿的鉸鏈等組成。為了提高平臺(tái)的穩(wěn)定性和剛度，平臺(tái)結(jié)構(gòu)件的材料主要選用不銹鋼。連接上平臺(tái)與支腿的鉸鏈采用具有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的鉸鏈，連接下平臺(tái)與支腿的鉸鏈采用具有2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的萬(wàn)向鉸鏈。平臺(tái)支腿應(yīng)用音圈電機(jī)組裝而成，可以等效為一個(gè)連接支腿上、下部分的具有1個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)副。

下平臺(tái)一般作為固定的參考系部件，由此可知若不對(duì)平臺(tái)各部分進(jìn)行鉸鏈約束，則整個(gè)系統(tǒng)含有13個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，包括1個(gè)上平臺(tái)、6個(gè)上支腿、6個(gè)下支腿，每個(gè)部件具有6個(gè)自由度，這樣系統(tǒng)總的自由度共78個(gè)。經(jīng)過(guò)鉸鏈約束后，對(duì)于一根支腿上的3個(gè)鉸鏈來(lái)說(shuō)，將約束12個(gè)自由度，則整個(gè)系統(tǒng)被鉸鏈連接后將約束72個(gè)自由度。最終六足平臺(tái)的上平臺(tái)將有6個(gè)自由度，滿足預(yù)期的自由度設(shè)計(jì)。

2.2平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模

為了能夠精確控制六自由度平臺(tái)的頻率、振幅和加速度，需建立精確合理的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建?？梢越鉀Q上平臺(tái)和6根支腿之間的位置、速度和加速度的關(guān)系[15]；動(dòng)力學(xué)建模分析可以解決上平臺(tái)和6根支腿之間的力、力矩的關(guān)系。

相對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建模，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模比較復(fù)雜，主要由于整個(gè)系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)封閉的并且有運(yùn)動(dòng)約束。目前有很多方法用來(lái)建立并聯(lián)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，如牛頓-歐拉法，拉格朗日法和凱恩方法等。但是所有的方法都是對(duì)同一個(gè)物理系統(tǒng)的描述，這些方法在描述結(jié)果上是等效的，只是建模的切入點(diǎn)不同，建模的難易程度和計(jì)算量方面有區(qū)別。如何減小建模的計(jì)算量以使模型更方便實(shí)時(shí)更新計(jì)算仍是當(dāng)前并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模的前沿研究領(lǐng)域[16-18]。

圖2　微振動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系

六自由度微振動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系如圖2所示，圖中{P}坐標(biāo)系是上平臺(tái)坐標(biāo)系，固定在上平臺(tái)上，{B}坐標(biāo)系是下平臺(tái)坐標(biāo)系，同時(shí)也作為慣性坐標(biāo)系。Pi(i=1～6) 是連接支腿和上平臺(tái)的結(jié)點(diǎn)，Bi(i=1～6)是連接支腿和下平臺(tái)的結(jié)點(diǎn)，Rp是上平臺(tái)的半徑，Rb為下平臺(tái)的半徑，φ為P6，P1與圓心間的夾角，θ為B6，B1與圓心間的夾角。

在慣性坐標(biāo)系{B}下，六自由度平臺(tái)的第i個(gè)促動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可描述為：

Bli=Bt+Bpi-Bbi=

(1)

(2)

(3)

(4)

根據(jù)物理意義，促動(dòng)器速度可以表示為B坐標(biāo)系下的促動(dòng)器滑動(dòng)速度和角速度的函數(shù)：

(5)

式中：ωai為促動(dòng)器的角速度。

用Blni對(duì)式(5)進(jìn)行叉乘，同時(shí)忽略促動(dòng)器的繞軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(ωai·Blni=0)有：

(6)

促動(dòng)器的角加速度為：

(7)

對(duì)于平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型，將上平臺(tái)簡(jiǎn)化為剛性體，同時(shí)忽略促動(dòng)器自身的慣量用牛頓歐拉方法[19]來(lái)進(jìn)行建模分析：

kJTJq=JTΓ，

(8)

考慮促動(dòng)器自身慣量的情況下，完整的六自由度平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型[20]可以表示為：

(9)

上式兩側(cè)同時(shí)左乘J-T，即可得出促動(dòng)器電機(jī)對(duì)應(yīng)的輸出激勵(lì)力：

(10)

2.3平臺(tái)促動(dòng)器建模

平臺(tái)促動(dòng)器的動(dòng)力輸出源選用音圈電機(jī)，該音圈電機(jī)在固定磁場(chǎng)的作用下其輸出的力與通過(guò)電機(jī)繞組的電流成正比。音圈電機(jī)具有直線輸出位移可達(dá)到幾十毫米、可以輸出力的范圍寬、具有較高的工作帶寬等特點(diǎn)，非常適合作為激振、隔振的主動(dòng)力輸出設(shè)備。

音圈電機(jī)的電流與輸出力之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系滿足洛侖茲定理。在固定的磁場(chǎng)和幾何約束條件下，電機(jī)的輸出力FB與電流I滿足：

FB=KFI，

(11)

式中：KF為音圈電機(jī)的輸出力常數(shù)。

圖3　音圈電機(jī)等效電路

圖3所示為音圈電機(jī)的等效電路，當(dāng)電壓V(t) 作用在電路兩端時(shí)，相應(yīng)的會(huì)有電流i(t)流過(guò)電阻R，同時(shí)音圈電機(jī)還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)VB，該反電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)動(dòng)子與定子之間的相對(duì)速度成正比，比例系數(shù)用KB表示，由于電感L的存在，作用在電感上的電壓可用VL=Li′(t)表示。最終，根據(jù)基爾霍夫定理可得到式(12)，對(duì)該式進(jìn)行拉普拉斯變換得到式(13)：

(12)

V(s)=R·I(s)+KB·sX(s)+L·sI(s).

(13)

音圈電機(jī)工作中的物理機(jī)械模型如圖4所示，有4個(gè)力作用在電機(jī)的定子上，它們分別為彈簧的彈力，阻尼力，慣性力和洛侖茲力。電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)特性由式(14)確定。結(jié)合式(11)，式(14)可以寫為(15)。將式(15)進(jìn)行拉普拉斯變換得到式(16)。進(jìn)一步，根據(jù)式(13)和式(16)可以得到式(17)和式(18)所示的傳遞函數(shù)。圖5所示為根據(jù)式(13)和式(16)在Simulink下建立的音圈電機(jī)模型：

(14)

(15)

KFI(s)+(-ms2-bs-k)X(s)=0，

(16)

(17)

(18)

圖6所示為音圈電機(jī)組裝后的促動(dòng)器試驗(yàn)組件，音圈電機(jī)的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)如表2所示，為了約束音圈電機(jī)其他自由度，在組裝中增加了彈簧片，因此在彈簧片的約束下音圈電機(jī)只有沿軸線運(yùn)動(dòng)的自由度。

圖4　音圈電機(jī)物理模型

圖5　音圈電機(jī)Simulink模型

圖6　音圈電機(jī)構(gòu)建的促動(dòng)器

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖7所示為根據(jù)以上模型設(shè)計(jì)研制的六自由度振動(dòng)平臺(tái)，該平臺(tái)由上平臺(tái)、下平臺(tái)、力傳感器、加速度傳感器、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和接口轉(zhuǎn)換電路組成。為了驗(yàn)證平臺(tái)控制輸出振動(dòng)的能力，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為選取典型的衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)頻率點(diǎn)作為平臺(tái)輸出的振動(dòng)頻率[14]，用加速度傳感器測(cè)定平臺(tái)設(shè)定輸出加速度的幅值與實(shí)測(cè)幅值的相對(duì)誤差來(lái)評(píng)價(jià)振動(dòng)臺(tái)的性能。

試驗(yàn)中振動(dòng)的型式為正弦振動(dòng)，同時(shí)選取具有典型參考價(jià)值的平動(dòng)x方向?yàn)闇y(cè)試方向，對(duì)于整個(gè)振動(dòng)平臺(tái)，x方向振動(dòng)控制與y方向振動(dòng)控制在結(jié)構(gòu)上是對(duì)稱的，而z方向振動(dòng)控制又相對(duì)x方向或y方向簡(jiǎn)單。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，平臺(tái)在3 Hz和48 Hz 處不穩(wěn)定，同時(shí)在5 Hz和43 Hz處加速度輸出相對(duì)誤差較大，這主要是由于以上頻率點(diǎn)接近了平臺(tái)的一階和二階固有頻率導(dǎo)致的。另外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明平臺(tái)在7～40 Hz內(nèi)振動(dòng)控制相對(duì)誤差達(dá)到了7%以內(nèi)，滿足振動(dòng)源應(yīng)用要求。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以看出利用本文直接建?？刂破脚_(tái)振動(dòng)的方法在60～166 Hz內(nèi)誤差較大，不能滿足振動(dòng)控制的要求，經(jīng)過(guò)分析這主要是由于為了簡(jiǎn)化計(jì)算將平臺(tái)組件都考慮為剛性體，同時(shí)忽略了促動(dòng)器自身的慣量，但是在高頻段內(nèi)這種假設(shè)和處理是不當(dāng)?shù)?，剛性體會(huì)體現(xiàn)出柔性體的特性，同時(shí)促動(dòng)器自身慣量的影響在高頻段內(nèi)也是不可忽略的。這一問(wèn)題可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)不斷修正模型，同時(shí)引入閉環(huán)反饋控制來(lái)逐步解決。

圖7　實(shí)驗(yàn)物理平臺(tái)

項(xiàng)目量值瞬時(shí)峰值輸出力/N204.3連續(xù)輸出力/N64.7力常數(shù)/(N·A-1)24.4反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)/(V·m-1·s-1)24.4行程/mm25.4動(dòng)子定子氣隙/mm0.64動(dòng)子質(zhì)量/g240定子質(zhì)量/kg1.24繞組電阻/Ohms6.4繞組電感@1000Hz/mH4.0最大連續(xù)功率/W45

表3典型頻率下平臺(tái)沿x方向平動(dòng)的加速度控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Tab.3Experiment results of reproduced vibrational acceleration by the physical platform along axisxin some typical frequencies

頻率/Hz設(shè)定值/(m·s-2)實(shí)測(cè)值/(m·s-2)相對(duì)誤差/%31不穩(wěn)定—511.4444710.94-61711.0772010.97-32210.95-53810.95-54010.95-54310.4-60481不穩(wěn)定—5312.611616011.99998011.616116612.07107

4　結(jié)　論

針對(duì)空間衛(wèi)星微振動(dòng)環(huán)境對(duì)高分辨率光學(xué)遙感器成像質(zhì)量的制約因素逐漸凸顯的問(wèn)題，本文論述了一種應(yīng)用于地面測(cè)試驗(yàn)證光學(xué)遙感器耐受空間微振動(dòng)環(huán)境裕度的六自由度激振平臺(tái)的研制方案，進(jìn)行平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模分析，建立促動(dòng)器音圈電機(jī)的Simulink模型，最后對(duì)振動(dòng)平臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)加速度控制精度的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以典型的衛(wèi)星平臺(tái)微振動(dòng)頻率點(diǎn)為測(cè)試輸入，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明振動(dòng)平臺(tái)在7～40 Hz內(nèi)控制相對(duì)誤差在7%以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也為進(jìn)一步改進(jìn)擴(kuò)寬平臺(tái)的振動(dòng)頻率范圍提供了基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和方法。

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顧營(yíng)迎(1984-)，男，天津人，博士，副研究員，2013年于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事機(jī)器人視覺(jué)感知與控制方面的研究。E-mail:18686681605@163.com

霍琦(1988-)，男，山東菏澤人，碩士，實(shí)習(xí)研究員，2011年、2014年于哈爾濱工程大學(xué)分別獲得學(xué)士、碩士學(xué)位，主要從事自動(dòng)控制、電子學(xué)設(shè)計(jì)方面的研究。E-mail:514590249@qq.com

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Six DOF platform applied in ground test of optical remote sensor alleviation margin in satellite micro-vibration environment

GU Ying-ying*， HUO Qi， LI Ang， LI Da-wei， XU Zhen-bang， LI Yi， WU Qing-wen

(InnovationLabofSpaceRobotSystemChangchunInstituteofOptics，F(xiàn)ineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)*Correspondingauthor，E-mail：18686681605@163.com

As the micro-vibration of a satellite platform restricts the imaging quality of a high-resolution space optical remote sensor， this paper designs a six DOF(Degree of Freedom) platform for the ground test of optical remote sensor alleviation margin in satellite micro-vibration environment. The kinematics and dynamics models of the platform were constructed， and the transfer function， Simulink model of a voice coil actuators were derived. Based on the models， the platform with six DOFs was manufactured. A confirmatory experiment on the vibration acceleration control accuracy of the platform was carried out， in which the micro-vibration frequency of the typical satellite was taken as the input signal. The results show that the relative error of output acceleration has been controlled in 7% in frequencies from 7 Hz to 40 Hz. The platform takes the parallel construct of the stewart model， it has advantages in simpler structure， bigger stiffness and a controllable vibration source， and obtained results meet the requirements of the ground test applications.

space optical remote sensor; micro-vibration environment in space; six DOF platform; vibration test; ground test

2015-12-11；

2016-01-20.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.11302222)

1004-924X(2016)09-2200-08

V423.6；V416.21

A

10.3788/OPE.20162409.2200