复合驱动柔顺指向平台优化设计与分析

针对空间光学仪器不同工况下的角度精细调整问题，设计了压电-电磁复合驱动的对称过约束柔顺指向平台。根据弹性梁、伪刚体理论和传递矩阵建立了复合驱动柔顺指向平台的角刚度分析模型。通过有限元及实验验证平台理论角刚度结果的准确性，由理论解析方程解析了材料和重要几何参数与平台运动特性的映射关系。为了进一步提高平台在传动比和固有频率方面的综合特性，采用有限元方法对初始结构设计进行了拓扑优化处理，对比探究了载荷变化对指向平台偏摆角度、传动比及轴间耦合等运动性能的影响。最后，加工实验样机对复合驱动指向平台的性能进行测试。有限元和实验结果表明：拓扑结构相比初始结构在功能方向的固有频率分别提高了168.99%和170.00%，角刚度平均提升了15.33%，最大寄生耦合比降低了20.29%；同时，通电线圈能够有效调节指向平台偏摆角度，抵抗平台载荷引起的偏转损失。综合有限元和实验结果，提出的平台设计方案能够同时实现较高工作频率和高精度定位性能。