动载光电平台的振动控制及模态分析
动载体光电平台在飞机、导弹起飞、正常飞行和下降或车辆颠振、舰船摇摆及火炮射击等时会对光电探测成像系统产生振动和冲击。振源和冲击源由外界和内部两机组产生的振动、载炮射击或导弹发射产生的冲击、动载体运动产生的振动、各种大气现象和空气动力学因素产生的气流和低频热动力效应等;内部干扰包括电视、红外传感器的调焦与变倍机构引起的干扰振动、光电成像组件在变焦及俯仰和方位运动时造成重心变化而产生的振动、光电平台旋转质量不平衡的惯性离心力形成的谐波激振,如齿轮、轴、轴承、电机等传动件因加工和装配误差产生的周期性激振等等。
动载光电平台从结构振动响应的角度,可视为一个多自由度弹簧一质点-阻尼振动系统。由于振动源的振动频率范围覆盖结构低阶模态频率以及引起显著声音辐射的高频频率,在某些频率作用下振动会放大。强烈的振动通过光电平台环架的不等刚度和质心偏移,会引起绕环架轴的整流力矩和振动干扰,这些力矩和干扰对光电平台的跟踪误差产生直接影响。振动还会使陀螺产生漂移误差,使加速度计误差加大,交变干扰力矩也会使陀螺产生较大的角运动,直接影响平台稳定精度。由于振动的疲劳效应及共振,可能出现电气部件电性能下降、光电平台或间接地对光电系统的成像质量、稳瞄系统的精度和光电器件的使用寿命、可靠性等产生极为不利的影响。
为提高动载体光电成像系统的清晰度、分辨能力、使用寿命和可靠性,必须对光电平台的振动加以分析并进行抑制。目前,光电平台伺服稳定系统带宽可做到 25Hz左右,对系统带宽以内的振动扰动可由伺服稳定系统来消除。对带宽达不到的动载平台,可通过对动载平台结构进行有限元分析,改进其薄弱环节,并采取主、被动隔振技术来减少系统振动对装备的影响。
1 振动控制技术手段与效果
控制振动对光电成像质量影响的技术有惯性稳像、电子稳像、光学稳像、隔振、减振、主动振动控制等,后三种为机械振动控制。隔振就是在振源和振动体之间设置隔振系统或者隔振装置,以减小或隔离振动的传递。减振就是在振动主系统上附加特殊的子系统,以转移或消耗主系统的振动能量。
主动振动控制系统是由制动器和控制器组成的振动控制系统,以抑制结构或系统的振动,在复合环境下具有较强的抗干扰能力和较高的隔振精度,适用于一般难以解决的超低频和宽频带振动抑制问题,但成本贵,结构复杂,维护较麻烦,当前应用还不是很广泛。
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