一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置及方法，所述裝置包括浮子和定子，浮子用于安裝實(shí)驗(yàn)載荷，且浮子上有浮子電源和與浮子傳輸控制器，浮子電源連接載荷電源接口，浮子傳輸控制器連接載荷通信接口，所述定子上有定子電源、定子主控制器、位移傳感器和激勵(lì)器，定子電源連接定子主控制器，定子主控制器分別連接位移傳感器和激勵(lì)器，浮子上還安裝有可充電電池，用于為浮子電源和載荷電源接口供電，且浮子傳輸控制器基于無(wú)線(xiàn)方式與定子主控制器相互通信。所述方法中利用可充電電池為浮子和載荷供電，用緩存方式或無(wú)線(xiàn)通訊方式進(jìn)行定子與浮子間的通信。由于沒(méi)有臍帶線(xiàn)，本發(fā)明可以用更好的控制策略和參數(shù)，在本質(zhì)上提升減振效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間微重力【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生命科學(xué)、流體物理、材料科學(xué)以及基礎(chǔ)物理等空間微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)微重力環(huán)境有較高要求，然而科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷會(huì)受到空間飛行器上的各種擾動(dòng)作用力(例如姿/軌控發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)作、設(shè)備和有效載荷動(dòng)作、宇航員活動(dòng)、泵、風(fēng)扇、離心機(jī)等儀器設(shè)備的振動(dòng))的影響，微重力水平并不理想。
[0003]因此，為了抑制在衛(wèi)星和飛船上的一些振動(dòng)，達(dá)到更高的微重力水平，在國(guó)際上，普遍采用減振技術(shù)。按照機(jī)理可以分為被動(dòng)減振和主動(dòng)減振兩種。被動(dòng)減振主要依靠各類(lèi)阻尼器件(如彈簧、橡膠等)進(jìn)行減振，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減振效果好；但在裝置的固有頻率點(diǎn)，反而會(huì)增大振動(dòng)。主動(dòng)減振是在振動(dòng)控制過(guò)程中，根據(jù)傳感器檢測(cè)到的載荷振動(dòng)，應(yīng)用一定的控制策略，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算，驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器對(duì)載荷施加一定的力或力矩，以抑制載荷振動(dòng)，達(dá)到低頻振動(dòng)隔離的目的。國(guó)外已有的整柜級(jí)微重力主動(dòng)減振裝置采用的是接觸式主動(dòng)減振，如美國(guó)NASA的ARIS，而載荷級(jí)微重力主動(dòng)減振裝置通常采用非接觸式主動(dòng)減振，如STABLE、MM、g-UMIT、MVIS等，我國(guó)也已經(jīng)研制了主動(dòng)減振樣機(jī)，并準(zhǔn)備在后續(xù)載人航天任務(wù)中驗(yàn)證。下面介紹幾種現(xiàn)有技術(shù)中的常用減振方案。
[0004]I) PaRIS
[0005]PaRIS被動(dòng)減振系統(tǒng)由NASA和Boeing公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，依靠空氣阻尼彈簧減振器實(shí)現(xiàn)振動(dòng)隔離，不需要電子學(xué)與控制系統(tǒng)，主要用于消減IHz以上的振動(dòng)，對(duì)極低頻的振動(dòng)抑制不明顯。而且由于被動(dòng)減振裝置也有自身的固有頻率，所以在某些頻段還容易引起共振。
[0006]2) ARIS
[0007]ARIS是NASA和Boeing公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制的整柜級(jí)主動(dòng)減振裝置，能控制低至
0.0lHz的振動(dòng)，高頻段減振性能和PaRIS類(lèi)似，ISS內(nèi)美國(guó)實(shí)驗(yàn)室位置上的7個(gè)ISPR機(jī)柜采用ARIS主動(dòng)減振裝置，3個(gè)采用PaRIS被動(dòng)減振裝置。ARIS的主要部件包括8個(gè)接觸式激勵(lì)器，I個(gè)控制器，I個(gè)電源驅(qū)動(dòng)器，3個(gè)微電子單元，3個(gè)三軸加速度計(jì)。通過(guò)加速度計(jì)感應(yīng)外部的振動(dòng)，并通過(guò)濾波器把數(shù)據(jù)傳給控制器，控制器啟動(dòng)激勵(lì)器來(lái)抵消外部的振動(dòng)。
[0008]3) MM-MVIS 系列
[0009]MM系列是加拿大空間局開(kāi)發(fā)的載荷級(jí)主動(dòng)減振裝置。MM系列振動(dòng)隔離裝置安裝在EXPRESS和EDR機(jī)柜中，用于有效載荷局部減振，其減振原理與ARIS接近，也是采用8個(gè)懸浮式激勵(lì)器實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷的6自由度冗余控制，由于系統(tǒng)總體尺寸相對(duì)較小，對(duì)于加速度測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。從90年代開(kāi)始，加拿大研制開(kāi)發(fā)了四代MIM系列產(chǎn)品。第一代MIM和第二代MIM-2分別在和平號(hào)空間站和航天飛機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)飛行，取得了良好的減振效果。第三代MVIS是專(zhuān)為歐洲的哥倫布艙中的流體物理實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的較大型振動(dòng)隔離設(shè)備，包括8個(gè)懸浮執(zhí)行組件,3個(gè)加速度計(jì)組件,4個(gè)PSD(Position Sensitive Detector,位置敏感探測(cè)器)組件，4個(gè)緩沖器等組件組成，第四代MIM BU利用兩級(jí)浮子結(jié)構(gòu)改進(jìn)減振與激振性能。
[0010]4 ) g-LIMIN 和 STABLE
[0011]g-LIMIT和STABLE均屬于單元級(jí)主動(dòng)減振裝置，g-LIMIT應(yīng)用于微重力科學(xué)手套箱(MSG)內(nèi)小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品的減振。g-LIMIT由NASA的MSFC研制，其內(nèi)部激勵(lì)器為3組懸浮式雙向驅(qū)動(dòng)洛倫茲力音圈激勵(lì)器，使浮子平臺(tái)對(duì)外界擾動(dòng)進(jìn)行6自由度的主動(dòng)振動(dòng)隔離。STABLE由MSFC與波音公司聯(lián)合研制，在航天飛機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)飛行。
[0012]5)空間應(yīng)用中心的MAIS系統(tǒng)
[0013]空間科學(xué)與應(yīng)用總體部從2006年開(kāi)始研發(fā)高微重力主動(dòng)減振裝置。目前已經(jīng)攻克了空間高精度微重力測(cè)量技術(shù)、空間主動(dòng)控制技術(shù)、洛倫茲力激勵(lì)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，并設(shè)計(jì)了基于氣墊懸浮原理的主動(dòng)減振地面測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)高微重力主動(dòng)減振裝置原理樣機(jī)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。
[0014]綜上來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外的高微重力主動(dòng)減振技術(shù)采用的方法大致相同，都是基于非接觸式電磁力作為執(zhí)行器，加速度計(jì)作為傳感器，控制方法以PID算法為主，魯棒控制和自適應(yīng)控制備選。如圖1所示，這些系統(tǒng)雖能夠達(dá)到很好的減振效果，但都由浮子I和定子2兩部分組成，定子是隔振系統(tǒng)的支撐單元，而浮子是實(shí)驗(yàn)載荷3的支撐單元，浮子I和定子2之間通過(guò)臍帶線(xiàn)4相連，系統(tǒng)通過(guò)安裝在浮子上的加速度計(jì)測(cè)量浮子加速度，通過(guò)安裝在浮子和定子上的激勵(lì)器5提供作用力。浮子和定子非接觸式連接，唯一振動(dòng)傳遞通道是“臍帶線(xiàn)”，用來(lái)提供浮子的供電和通信。系統(tǒng)通過(guò)洛倫茲力控制浮子加速度，并保持其不與定子碰撞?？刂圃砣鐖D2所示:定子加速度、浮子加速度、相對(duì)位移的數(shù)據(jù)采集后送到定子主控制器；定子主控制器通過(guò)控制算法，計(jì)算輸出力，驅(qū)動(dòng)電磁激勵(lì)器給出反饋力，抵消浮子受到的振動(dòng)，并保證兩者相對(duì)位移在一定范圍內(nèi)。其中浮子加速度值通過(guò)浮子傳輸控制器采集后經(jīng)過(guò)臍帶線(xiàn)的信號(hào)線(xiàn)傳送給定子控制器；浮子電源也通過(guò)臍帶線(xiàn)的電源線(xiàn)傳送；浮子上載荷和載荷的通信也通過(guò)臍帶線(xiàn)直接和外部接口連接。
[0015]因此，上述方案中浮子的數(shù)據(jù)、電源以及浮子上載荷的數(shù)據(jù)、電源、測(cè)控必須通過(guò)臍帶線(xiàn)才能提供，臍帶線(xiàn)的數(shù)量達(dá)到近20根，且臍帶線(xiàn)的剛度和阻尼都很大，使定子的擾動(dòng)直接傳遞到浮子。減振主動(dòng)控制的指標(biāo)受臍帶線(xiàn)因素的影響很大。首先，在主動(dòng)減振的動(dòng)力學(xué)模型，臍帶線(xiàn)的建模非常困難，而且參數(shù)具有時(shí)變、非線(xiàn)性等特性，幾乎無(wú)法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)；其次，臍帶線(xiàn)的固有特性和安裝點(diǎn)位置偏差都會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生六個(gè)自由度耦合，加大了控制的難度；此外，為減小臍帶線(xiàn)影響，必須盡量采用軟線(xiàn)，并減少線(xiàn)數(shù)，給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)很多不便。
[0016]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置及方法，用于解決現(xiàn)有空間微重力主動(dòng)減振技術(shù)中的臍帶線(xiàn)對(duì)主動(dòng)減振控制性能存在較大影響的問(wèn)題。
[0018]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置，包括浮子和定子，所述浮子用于安裝實(shí)驗(yàn)載荷，且所述浮子上有浮子電源和與所述浮子電源連接的浮子傳輸控制器，所述浮子電源連接載荷電源接口，所述浮子傳輸控制器連接載荷通信接口，所述定子上有定子電源、定子主控制器、位移傳感器和激勵(lì)器，所述定子電源連接所述定子主控制器，所述定子主控制器分別連接位移傳感器和非接觸式電磁激勵(lì)器，所述浮子上還安裝有可充電電池，其與浮子電源和載荷電源接口均相連，用于為浮子電源和載荷電源接口供電；所述浮子傳輸控制器基于無(wú)線(xiàn)方式與所述定子主控制器相互通信。
[0019]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0020]進(jìn)一步，所述浮子上還設(shè)有與浮子傳輸控制器連接的浮子加速度計(jì)，其用于采集浮子加速度信息，并將采集的浮子加速度信息傳輸至浮子傳輸控制器；浮子傳輸控制器通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊模塊，將浮子加速度信息以無(wú)線(xiàn)方式實(shí)時(shí)地發(fā)送給定子主控制器；所述定子上還設(shè)有與定子主控制器連接的定子加速度計(jì)，其用于采集定子加速度信息，并將采集的定子加速度信息傳輸給所述定子主控制器。
[0021 ] 進(jìn)一步，所述可充電電池上設(shè)有一個(gè)位于浮子側(cè)面的第一充電口和/或一個(gè)與定子充電口相對(duì)的第二充電口:所述第一充電口連接標(biāo)準(zhǔn)化的電源線(xiàn)，用于通過(guò)外部向可充電電池充電；所述第二充電口與定子充電口通過(guò)可插拔式的接插件連接，用于通過(guò)定子向可充電電池充電。
[0022]進(jìn)一步，所述浮子傳輸控制器是具有數(shù)據(jù)緩存能力的控制器，其用于緩存載荷數(shù)據(jù)，并通過(guò)浮子外部通信接口直接輸出緩存數(shù)據(jù)和/或通過(guò)定子主控制器輸出緩存數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，所述浮子和所述定子上各自集成有一個(gè)分別與浮子傳輸控制器和定子主控制器相連的無(wú)線(xiàn)通訊模塊，且所述浮子傳輸控制器和所述定子主控制器通過(guò)對(duì)應(yīng)的無(wú)線(xiàn)通訊模塊實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線(xiàn)方式的相互通信。
[0023]進(jìn)一步，所述無(wú)線(xiàn)通訊模塊采用紅外模塊、Wifi模塊、藍(lán)牙模塊和/或射頻模塊。
[0024]對(duì)應(yīng)相應(yīng)形式的微重力主動(dòng)減振裝置，本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振方法，具體步驟如下:
[0025]供電步驟:在浮子內(nèi)部設(shè)置可充電電池，使其與浮子電源和載荷電源接口均相連，通過(guò)該可充電電池為浮子電源和載荷電源接口供電；
[0026]通信步驟:浮子傳輸控制器以無(wú)線(xiàn)方式與定子主控制器相互通信，且浮子傳輸控制器通過(guò)載荷通信接口獲取載荷信息，并輸出載荷信息；
[0027]減振步驟:定子主控制器接收定子上的位移傳感器傳輸?shù)奈灰菩畔?，并根?jù)位移信息設(shè)計(jì)反饋控制器，計(jì)算出相應(yīng)的輸出力，以輸出力驅(qū)動(dòng)激勵(lì)器給出反饋力，通過(guò)反饋力抵銷(xiāo)浮子受到的振動(dòng)。
[0028]進(jìn)一步，所述通信步驟還包括:設(shè)置浮子加速度計(jì)采集浮子加速度信息，并將浮子加速度信息傳輸給浮子傳輸控制器，所述浮子傳輸控制器再通過(guò)紅外方式、Wifi方式、藍(lán)牙方式和/或射頻方式實(shí)時(shí)地將浮子加速度信息傳輸給定子主控制器進(jìn)行處理；設(shè)置定子加速度計(jì)采集定子加速度信息，并將定子加速度信息傳輸給定子主控制器；當(dāng)設(shè)置有浮子加速度計(jì)和定子加速度計(jì)時(shí)，所述減振步驟中根據(jù)位移信息、浮子加速度信息和定子加速度信息設(shè)計(jì)反饋控制器。
[0029]進(jìn)一步，所述通信步驟采用以下任意一種或兩種方式輸出載荷信息:
[0030]方式一:先將載荷信息緩存在浮子傳輸控制器中，完成可充電電池和定子電源的充電后，通過(guò)浮子外部通信接口輸出載荷信息；
[0031]方式二:先將緩存的載荷數(shù)據(jù)傳給所述定子主控制器，再由定子控制器輸出。
[0032]進(jìn)一步，所述反饋控制器采用PID控制器、魯棒控制器、最優(yōu)控制器、自適應(yīng)控制器、自抗擾控制器、無(wú)源控制器或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:臍帶線(xiàn)使系統(tǒng)產(chǎn)生耦合、非線(xiàn)性、時(shí)變等特性，給控制系統(tǒng)建模和控制器設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大困難。本發(fā)明不采用任何臍帶線(xiàn)，利用可充電電池為浮子和載荷供電，利用緩存方式或無(wú)線(xiàn)通信方式進(jìn)行定子與浮子間的通信，并且因?yàn)槿∠四殠Ь€(xiàn)，可以用不同的反饋控制器，并選取較小的控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)更好的減振效果，從而為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供更好的微重力實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為現(xiàn)有微重力主動(dòng)減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為現(xiàn)有微重力王動(dòng)減振系統(tǒng)的原理不意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的微重力主動(dòng)減振裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明采用PID控制器計(jì)算輸出力的示意圖；
[0038]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二的微重力主動(dòng)減振裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖6為本發(fā)明采用雙閉環(huán)控制器計(jì)算輸出力的示意圖；
[0040]圖7為有臍帶線(xiàn)和無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置的減振效果對(duì)比圖。
[0041]附圖中標(biāo)號(hào)的意義如下:
[0042]1、浮子，2、定子，3、實(shí)驗(yàn)載荷，4、臍帶線(xiàn)，5、激勵(lì)器。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0044]實(shí)施例一
[0045]如圖3所示，實(shí)施例一給出了一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置，包括浮子I和定子2，所述浮子用于安裝實(shí)驗(yàn)載荷3，且所述浮子上有浮子電源和與所述浮子電源連接的浮子傳輸控制器，所述浮子電源連接載荷電源接口，所述浮子傳輸控制器連接載荷通信接口，所述定子上有定子電源、定子主控制器、位移傳感器和激勵(lì)器，所述定子電源連接所述定子主控制器，所述定子主控制器分別連接位移傳感器和非接觸式電磁激勵(lì)器，所述浮子上還安裝有可充電電池，其與浮子電源和載荷電源接口均相連，用于為浮子電源和載荷電源接口供電；且所述浮子傳輸控制器基于緩存的無(wú)線(xiàn)方式與所述定子主控制器相互通信。
[0046]另外，所述可充電電池上設(shè)有一個(gè)位于浮子側(cè)面的第一充電口和/或一個(gè)與定子充電口相對(duì)的第二充電口:所述第一充電口連接標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)柜電源線(xiàn)，用于通過(guò)機(jī)柜電源線(xiàn)向可充電電池充電；所述第二充電口與定子充電口通過(guò)滑動(dòng)式接插件連接，用于通過(guò)定子向可充電電池充電。
[0047]實(shí)施例一中，所述浮子傳輸控制器是具有數(shù)據(jù)緩存能力的控制器，采用具有臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)功能的DSP芯片、ARM芯片等均可實(shí)現(xiàn)，其將載荷數(shù)據(jù)緩存后，通過(guò)浮子外部通信接口直接輸出，也可傳輸給定子主控制器，再通過(guò)定子主控制器輸出緩存數(shù)據(jù)。所述可充電電池可采用蓄電池，所述定子主控制器采用本領(lǐng)域常用的數(shù)據(jù)處理芯片(DSP、單片機(jī)等)即可，定子主控制器還用于采集定子電源、定子溫度等定子自身的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并將獲得的遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到外部，同時(shí)也采集外部的指令和遙測(cè)數(shù)據(jù)，并發(fā)送給浮子傳輸控制器及浮子上的載荷。同時(shí)，為了能測(cè)量得到多個(gè)維度的位移信息，需采用多個(gè)位移傳感器，較優(yōu)的選擇為至少3個(gè)。實(shí)際應(yīng)用中，所述激勵(lì)器采用非接觸式電磁激勵(lì)器，其采用永磁鐵和可控電磁線(xiàn)圈組合而成，激勵(lì)器數(shù)量為6至8個(gè)，優(yōu)選為大于6個(gè)。
[0048]對(duì)應(yīng)該微重力主動(dòng)減振裝置，其進(jìn)行微重力主動(dòng)減振主要涉及以下三個(gè)步驟，需注意以下三個(gè)步驟各自完成微重力主動(dòng)減振中涉及的不同事項(xiàng)，在步驟實(shí)現(xiàn)上不存在一定的邏輯次序。
[0049]供電步驟Al:在浮子內(nèi)部設(shè)置可充電電池，使其與浮子電源和載荷電源接口均相連，通過(guò)該可充電電池為浮子電源和載荷電源接口供電；
[0050]通信步驟B1:浮子傳輸控制器通過(guò)載荷通信接口獲取載荷信息，并輸出載荷信息；
[0051]減振步驟Cl:定子主控制器接收定子上的位移傳感器傳輸?shù)奈灰菩畔ⅲ⒏鶕?jù)位移信息設(shè)計(jì)反饋控制器，計(jì)算出相應(yīng)的輸出力，以輸出力驅(qū)動(dòng)激勵(lì)器給出反饋力，通過(guò)反饋力抵銷(xiāo)浮子受到的振動(dòng)。
[0052]其中，所述通信步驟BI采用基于緩存的無(wú)線(xiàn)方式，具體是通過(guò)以下任意一種或兩種方式輸出載荷信息:
[0053]方式一:先 將載荷信息緩存在浮子傳輸控制器中，完成可充電電池和定子電源的充電后，通過(guò)浮子外部通信接口輸出載荷信息；
[0054]方式二:先將緩存的載荷數(shù)據(jù)傳給所述定子主控制器，再由定子控制器輸出。
[0055]另外，所述反饋控制器采用PID控制器、魯棒控制器、最優(yōu)控制器、自適應(yīng)控制器、自抗擾控制器、無(wú)源控制器或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器等，也可采用其他類(lèi)型的先進(jìn)控制器。因?yàn)楸緦?shí)施例的微重力主動(dòng)減振裝置無(wú)臍帶線(xiàn)，其構(gòu)建的系統(tǒng)模型和參數(shù)固定，所以采用先進(jìn)控制器的參數(shù)易于通過(guò)仿真選取。
[0056]下面以PID控制器為例，說(shuō)明計(jì)算出相應(yīng)輸出力的原理。如圖4所示，采用“位移”P(pán)ID控制器，具體方法包括以下幾點(diǎn):
[0057]I)不需采集加速度計(jì)的信號(hào)。
[0058]2)實(shí)時(shí)采集位移傳感器信號(hào)，換算成6維位移信號(hào)\(s)，送入設(shè)置的采用PID控制的位置控制器。
[0059]3)輸出力采用下列公式進(jìn)行計(jì)算，其中kd\kp\ki為控制器參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振裝置，包括浮子和定子； 所述浮子用于安裝實(shí)驗(yàn)載荷，且所述浮子上有浮子電源和與所述浮子電源連接的浮子傳輸控制器，所述浮子傳輸控制器連接載荷通信接口 ； 所述定子上有定子電源、定子主控制器、位移傳感器和激勵(lì)器，所述定子電源連接所述定子主控制器，所述定子主控制器分別連接位移傳感器和非接觸式電磁激勵(lì)器； 其特征在于，所述浮子上還安裝有可充電電池，其與浮子電源和載荷電源接口均相連，用于為浮子電源和載荷電源接口供電；且所述浮子傳輸控制器基于無(wú)線(xiàn)方式與所述定子主控制器相互通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微重力主動(dòng)減振裝置，其特征在于，所述浮子上還設(shè)有與浮子傳輸控制器連接的浮子加速度計(jì)，其用于采集浮子加速度信息，并將采集的浮子加速度信息傳輸至浮子傳輸控制器，浮子傳輸控制器通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊模塊，將浮子加速度信息以無(wú)線(xiàn)方式實(shí)時(shí)地發(fā)送給定子主控制器；所述定子上還設(shè)有與定子主控制器連接的定子加速度計(jì)，其用于采集定子加速度信息，并將采集的定子加速度信息傳輸給所述定子主控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微重力主動(dòng)減振裝置，其特征在于，所述可充電電池上設(shè)有一個(gè)位于浮子側(cè)面的第一充電口和/或一個(gè)與定子充電口相對(duì)的第二充電口:所述第一充電口連接標(biāo)準(zhǔn)化的電源線(xiàn)，用于通過(guò)外部向可充電電池充電；所述第二充電口與定子充電口通過(guò)可插拔式的接插件連接，用于通過(guò)定子向可充電電池充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微重力減振裝置，其特征在于，所述浮子傳輸控制器是具有數(shù)據(jù)緩存能力的控制器，其用于緩存載荷數(shù)據(jù)，并通過(guò)浮子外部通信接口直接輸出緩存數(shù)據(jù)和/或通過(guò)定子主控制器輸出緩存數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微重力主動(dòng)減振裝置，其特征在于，所述浮子和所述定子上各自集成有一個(gè)分別與浮子傳輸控制器和定子主控制器相連的無(wú)線(xiàn)通訊模塊，且所述浮子傳輸控制器和所述定子主控 制器通過(guò)對(duì)應(yīng)的無(wú)線(xiàn)通訊模塊實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線(xiàn)方式的相互通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微重力主動(dòng)減振裝置，其特征在于，所述無(wú)線(xiàn)通訊模塊采用紅外模塊、Wifi模塊、藍(lán)牙模塊和/或射頻模塊。
7.一種無(wú)臍帶線(xiàn)的微重力主動(dòng)減振方法，其特征在于，包括: 供電步驟:在浮子內(nèi)部設(shè)置可充電電池，使其與浮子電源和載荷電源接口均相連，通過(guò)該可充電電池為浮子電源和載荷電源接口供電； 通信步驟:浮子傳輸控制器以無(wú)線(xiàn)方式與定子主控制器相互通信，且浮子傳輸控制器通過(guò)載荷通信接口獲取載荷信息，并輸出載荷信息； 減振步驟:定子主控制器接收定子上的位移傳感器傳輸?shù)奈灰菩畔?，并根?jù)位移信息設(shè)計(jì)反饋控制器，計(jì)算出相應(yīng)的輸出力，以輸出力驅(qū)動(dòng)激勵(lì)器給出反饋力，通過(guò)反饋力抵銷(xiāo)浮子受到的振動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微重力主動(dòng)減振方法，其特征在于，所述通信步驟還包括:設(shè)置浮子加速度計(jì)采集浮子加速度信息，并將浮子加速度信息傳輸給浮子傳輸控制器，所述浮子傳輸控制器再通過(guò)紅外方式、Wifi方式、藍(lán)牙方式和/或射頻方式實(shí)時(shí)地將浮子加速度信息傳輸給定子主控制器進(jìn)行處理；設(shè)置定子加速度計(jì)采集定子加速度信息，并將定子加速度信息傳輸給定子主控制器； 當(dāng)設(shè)置有浮子加速度計(jì)和定子加速度計(jì)時(shí)，所述減振步驟中根據(jù)位移信息、浮子加速度信息和定子加速度信息設(shè)計(jì)反饋控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的微重力主動(dòng)減振方法，其特征在于，所述通信步驟采用以下任意一種或兩種方式輸出載荷信息: 方式一:先將載荷信息緩存在浮子傳輸控制器中，完成可充電電池和定子電源的充電后，通過(guò)浮子外部通信接口輸出載荷信息； 方式二:先將緩存的載荷數(shù)據(jù)傳給所述定子主控制器，再由定子控制器輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的微重力主動(dòng)減振方法，其特征在于，所述反饋控制器采用PID控制器、魯棒控制器、最優(yōu)控制器、自適應(yīng)控制器、自抗擾控制器、無(wú)源控制器或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控 制器。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK103761852SQ201410034050
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】董文博, 呂世猛, 高玉娥, 宋伶才, 于夢(mèng)溪, 任維佳, 李宗峰, 劉偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心