两轴四框结构光电吊舱, 内框多采用力矩电机直驱, 稳定精度仅为数10 μrad。为达到更高精度的μrad量级, 提出一种压电陶瓷驱动柔性支承的精级回转驱动机构, 作为光电吊舱的内框驱动。介绍了精级回转驱动机构的构型方案, 并对压电陶瓷的驱动能力进行了探讨, 对柔性支承的回转刚度、固有频率、几何参数进行了详细设计。建立了机电仿真模型, 制造了原理样机并进行了性能测试, 其主要性能指标为: 行程509.1 μrad, 分辨率优于0.5 μrad, 1 Hz、100 μrad的正弦信号跟踪误差小于3 μrad, 固有频率约1 kHz, 均满足设计目标。

提出了基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承结构，研究了这种柔性支承静动态特性的设计过程和设计方法。首先，从快速反射镜的工作机理出发，分析了系统对柔性支承的特性要求; 然后，结合现有两种柔性支承结构的特点，提出基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承设计; 在分析单个柔性铰链刚度特性的基础上，研究了两轴柔性支承的设计方法; 最后，以通光口径为Φ90 mm、行程为±2 mrad、工作带宽为300 Hz的两轴快速反射镜为例，进行了两轴柔性支承的设计和特性计算。基于dSPACE半实物仿真系统建立了两轴柔性支承特性实验，对柔性支承的转动刚度进行测试，并对由设计的柔性支承组成的快速反射镜系统的控制性能进行分析。实验结果显示：设计的快速反射镜系统的一阶机械响应频率为78 Hz，闭环控制带宽为340 Hz，满足设计要求，表明基于集中柔度的柔性铰链单元的柔性支承可以满足行程若干mrad，工作带宽数百Hz的两轴快速反射镜的应用需求，且具有加工工艺性好，转动中心稳定等优点。