Page 192 - 《振动工程学报》2026年第2期

508 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

对低频振动的抑制能力受限，且对隔振系统固有频
率处的振动有一定的放大作用 [10-11] 。半主动隔振技 1 超 静 主 动 隔 振 单 元 设 计
术通过对材料的质量、刚度或阻尼特性进行主动控
制，以实现更好的隔振性能 [12-14] 。然而半主动隔振控 考虑空间站复杂扰动环境，本文给出一种综合
制过程依赖于隔振结构材料的反应，有时并不能提 分离式电磁音圈作动器和低刚度弹簧的超静主动隔
供依据最优算法得到的控制输出。 振单元设计方法，如图 1(a) 所示。主动隔振单元采
近年来，随着主动隔振技术的发展，主动隔振控 用八支腿构型设计，在 Z 方向和 X-Y 平面内分别采
制在空间精密载荷宽频带微振动抑制中受到了广泛 用 4 个对称布置的主动支腿进行控制，该构型 3 个
关注 [15-16] 。美国宇航局马歇尔太空飞行中心和波音 线自由度动力学解耦，此外，八支腿冗余设计能够在
公司研制的 STABLE 采用电磁作动器和加速度与位 个别作动器故障或失效时提高隔振单元的容错性。
移反馈控制系统，是第一个成功进行在轨飞行测试 图 1(b) 所示为主动隔振单元单支腿等效动力学示意
的 10 g −6 级主动隔振系统 [17] 。ARIS 是为国际标准科 图，单个支腿由音圈作动器、加速度传感器和低刚
学实验柜 ISPR 设计的整柜级主动隔振系统 [18] ，其隔 度弹簧组成。音圈作动器磁铁部分作为动子，与加
振起始频率为 0.01 Hz，同样采用电磁作动器和加速 速度传感器串联作为隔振单元上平台的一部分，音
度反馈方式。g-LIMIT 是一种六自由度主动隔振系 圈作动器线圈部分作为定子与基座固定连接，低刚
统 [19] ，其隔振带宽为 0.01~100 Hz，为国际空间站上的 度弹簧与音圈作动器和加速度传感器组成的主动支
微重力科学实验提供了一个紧凑、先进的隔振系 腿并联，连接上平台与基座。音圈作动器进行驱动
统。加拿大航天局开发的 MIM 同样采用电磁作动 控制，加速度传感器测量上平台支腿位置处的加速
器进行主动隔振控制，当截止频率设置为 2 Hz 时， 度信息，低刚度弹簧进行约束限位，在空间站对接等
其具有约 34 dB 的隔振性能，支持了多项科学实验的 冲击扰动下降低音圈作动器的碰撞概率。
开展并不断升级 [20-21] 。国内在主动隔振技术方面也
进行了深入的研究并取得了一定的进展。由中国科
学 院 设 计 开 发 的 微 重 力 主 动 隔 振 系 统（ MAIS） 于
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2017 年在 TZ-1 上进行了太空飞行测试，采用电磁作 Y
动器进行驱动，通过测量加速度和定子与浮子间的
X
相对运动进行反馈控制，频率大于 0.2 Hz 时能够实 8 4 3 7 O
现 20 dB 的振动衰减性能 [22-23] 。而中国空间站光钟
的光学参考腔要求具有更高微振动抑制能力且国产
(a) 隔振单元构型设计
自主可控的主动隔振系统，同时需要能够适应空间 (a) Configuration design of the vibration isolator
站对接、喷气等复杂冲击扰动环境。 上平台
本文针对空间站复杂扰动环境下光钟参考腔的
加速度传感器
宽频带隔振需求，研制一种超静主动隔振单元。所 低
刚
设计主动隔振单元通过在分离式磁悬浮设计中引入 度 磁铁部分
弹
低刚度限位弹簧，平衡载荷线缆刚度，能够在保证隔 音圈作动器
簧
振带宽的同时降低分离式作动器碰撞概率。此外，
线圈部分
为了提高系统的容错性和可靠性，在隔振单元中采 基 座
用八支腿冗余构型，即便在作动器出现故障的情况 (b) 主动支腿示意图
下，仍然能够保证光钟参考腔高精度、高稳定度工 (b) Schematic diagram of active struct
作。同时，针对加速度传感器的低频漂移问题，设计 图 1 超静主动隔振单元设计
Fig. 1 Design of the ultra-quiet active vibration isolator
了抗饱和控制算法，以保证长时间工作的稳定性。
在主动隔振单元的开发过程中，自主研制了高带宽 如图 1 所示，所设计的超静主动隔振单元上、下
微力驱动电路、高精度采集调理电路以及主控电 平台之间通过低刚度弹簧进行物理连接。针对低刚
路，实现了国外高性能产品的国产化替代。最终，随 度主动隔振单元发射段的安全性问题，设计锁紧释
中科院国家授时中心研制的空间 Sr 光晶格原子钟发 放机构。采用松不脱螺钉在发射段实现隔振单元
射 [24] ，在中国空间站梦天实验舱中进行了超静主动 上、下平台之间的高刚度锁紧，以满足发射基频要
隔振单元的在轨验证。 求；在轨后手动操作解锁释放，开启主动隔振控制。