[实用新型]一种用于挠性空间结构振动控制的绳索作动器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于挠性空间结构振动控制的绳索作动器，属于挠性航天器振动控制装置。 

背景技术

目前，人类所使用的挠性空间结构主要包括：太阳能板、太空天线、空间机械臂和挠性衍架结构等。这些结构多数为空间可展结构和空间装配式结构，而且很多结构中含有绳索元素。其中绳索主要用于挠性结构的展开。如果将这些绳索进行适当的改造，则可将其作为主动控制系统对展开挠性结构的振动进行抑制。当采用改变绳中拉力的方式控制挠性结构振动时，必须为绳索结构设计相应的作动器，绳索作动器输出控制力的能力决定了挠性结构的振动控制效果。由于采用绳索单元抑制挠性空间结构的振动是一种新型的振动控制方式，因此与此相关的绳索作动器设计方案并不多。较为常用的作动器设计方式为：将绳的一端固定于挠性结构上，另一端固定于电动机的转子上，通过电动机的转动，使绳在转子上绕紧，从而在绳中产生一定的拉力用于挠性空间结构的振动控制。 

这类绳索作动器的设计方案用于挠性空间结构的振动控制时存在着一定的缺陷：1)由于实际的空间太阳能板朝着超大规模方向发展，从而使其具有很小的结构阻尼和很低的一阶模态频率，因此作用在绳上用于结构振动抑制的控制拉力将是十分微小的，而这类传统的作动器很难产生这样连续微小的控制拉力；2)对于此类作动器当采用开环控制方式对电机的转动进行控制时，则无法实现对绳中拉力的实时反馈，从而使得系统的抗干扰能力较差，甚至无法达到振动控制的目的；当采用闭环控制方式对电机的转动进行控制时，则必须对绳中的控制拉力进行实时测量，目前对绳中拉力的测量方式主要为激光传感的方式，通过测量绳的形变来获得绳中的实时拉力，这种拉力测量方式结构复杂，成本高，安装困难；3)此类作动器由于没有挠性结构的缓冲，因此很容易对系统产生冲击，从而激起绳索结构的震荡。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种结构简单、设计合理，成本低，安装方便、能够输出线性微小控制力并能够避免给系统带来冲击的用于挠性空间结构振动控制的绳索作动器。 

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括直线运动系 统、柔性杠杆、形变传感器、绳、差动放大器、控制计算机和线性电机驱动器，所述的直线运动系统由基座、线性电机、直线导轨、传动带和滑块组成，直线导轨固定于基座上，线性电机安装于直线导轨的右端，传动带将线性电机的转子与滑块相连接，滑块位于直线导轨的轨道内，所述的柔性杠杆包括矩形薄铜片、碳纤维杆、螺栓连接器和环式连接器，铜片的一端与滑块相固定，另一端通过螺栓连接器与碳纤维杆的一端相连接，碳纤维杆的另一端通过环式连接器与绳的一端相连接，绳的另一端与挠性空间结构相连接，所述的形变传感器由第一电阻应变计、第二电阻应变计、第三电阻应变计、第四电阻应变计构成，粘于柔性杠杆中铜片的根部，其中第一电阻应变计和第二电阻应变计粘于铜片的正面，第三电阻应变计和第四电阻应变计粘于铜片的背面，并且第一电阻应变计与第二电阻应变计，第三电阻应变计与第四电阻应变计分别位于铜片两面的对称位置上，四个电阻应变计采用全桥互补的方式连接，所述形变传感器、差动放大器、控制用计算机和线性电机驱动器之间依次设有信号通道。 

本实用新型的优点是： 

本实用新型提出的绳索作动器能够在0牛顿到0.8牛顿的范围内输出连续的控制拉力，此控制力能够满足对大型挠性空间结构振动控制的要求，并且本实用新型具有体积小、结构简单、设计合理，安装方便、输出拉力线性度好的优点，同时由于本实用新型采用直线运动的方式并通过柔性较大的杠杆将挠性形变产生的应力转化为绳的拉力，因此可以有效避免作动器动作时对系统产生的冲击。 

附图说明

图1是本实用新型结构示意图； 

图2是本实用新型直线运动系统的结构示意图； 

图3是本实用新型柔性杠杆的结构示意图； 

图4是本实用新型形变传感器的安装位置示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。