主动隔振平台中六加速度计配置方式仿真分析

　　1　引言

　　空间高微重力主动隔振平台是一套服务于我国未来空间实验室上有着高微重力水平要求的空间科学实验载荷的支撑平台。它采用磁悬浮主动隔振技术,通过测量平台的振动,利用一定控制策略,驱动磁悬浮电磁致动器对载荷施加一定力或力矩以抑制载荷振动,帮助载荷实现高于目前“神舟”系列飞船上的微重力水平,为空间科学实验载荷提供更好的实验环境保障。　　评价平台隔振性能好坏的主要指标是空间科学实验载荷的微重力加速度大小(平台要保证载荷微重力加速度很小, 0·1Hz时要达到10-5g, g取9·8m /s2)。要控制载荷能达到理想的微重力加速度水平,首先要对载荷六自由度的空间运动作精确测量,这需要通过惯性传感器(如加速度计)来实现,目前国内石英挠性加速度计的整机分辨能达到5μg,基本能够满足平台测量的需求[1]。

　　采用线加速度计测量刚体的角加速度的方法[2]在上世纪六十年代就由Victor B. Corey提出。目前,该方法常见于无陀螺捷联惯导系统的研究中,系统主要用于大角速度和大角加速度动态范围的载体导航,为了精确解算载体角速度和角加速度信息,通常在远离载体质心位置的三维空间上配置6-12个线加速度计,六加速度计的配置方式通常有六面体状和三棱柱状,多于六个的加速度计配置方式变化更多,其目的就是为了获得更多的冗余信息来提高角加速度和角速度的解算精度[2-5]。然而,空间高微重力主动隔振平台上的科学实验载荷运动是小角度的小角速度运动,而且平台会受到空间和重量的约束。因此,无陀螺捷联惯导系统的加速度配置方式不太适用于本隔振平台。本文着重分析了适用于空间高微重力主动隔振平台的六加速度计配置方式,它既能满足测量要求又减少加速度计数量降低了成本。

　　2　刚体动力学基本原理

　　设P是刚体上的一个固定点(见图1),其在刚体坐标系B下的位置矢量为rOP,刚体坐标系B相对惯性坐标系N的转动角速度和转动角加速度矢量分别为ω和.ω。

　　如果在刚体上不同位置安装多个加速度计就可同时测量这几个不同位置处沿加速度计敏感轴方向的加速度值。假如加速度计数目足够而且布局合理的话,可以根据式(2)解算出刚体坐标系原点的线加速度aO以及刚体的角速度ω和角加速度.ω,再根据(1)式可求得刚体上任意固定点E的线加速度aE(已知该点的位置矢量rOE)。

　　3　加速度计配置方式分析

　　空间高微重力主动隔振平台分为浮子和定子两大部分(见图2),定子是与空间实验室舱体或其他实验柜柜体连接的支撑单元,而浮子是科学实验载荷的支撑单元,科学实验载荷就固定在浮子上。线加速度计和科学实验载荷都是固定安装在隔振平台的浮子上,它们与浮子是刚性连接,因此可以将隔振平台的浮子和加速度计以及实验载荷构成的系统视为刚体系统(以下统称为浮子)。下面主要基于六个加速度计进行加速度计的平面配置方式分析。