本发明涉及红外制冷机及其微振动抑制方法，具体涉及一种基于多源补偿主动吸振的红外制冷机及其多源补偿方法。
背景技术：
1、红外制冷机作为主动、持续提供深低温环境的设备，其在光学仪器和红外探测器等仪器的研制中是必不可少的一环。但红外制冷机在正常工作时，其制冷部件中的运动部件会产生微振动，该微振动会对外产生一定的作用力，由于微振动是红外制冷机正常工作带来的，是不可避免的，因此，为了保证系统整体性能的稳定，需要对由红外制冷机工作引起的微振动进行抑制，行业内称之为微振动抑制技术。
2、红外制冷机作为微振动的源头，对其微振动的抑制一般采用被动隔振技术或者增加主动/被动阻尼的技术，以达到抑制微振动的目的，从而降低微振动对整体系统中敏感器件的影响。但被动隔振技术需要降低扰振源的支撑刚度，导致其支撑强度也相应降低，而主动阻尼和被动阻尼的增加也比较困难。另外，同轴补偿方案由于可以在与扰振源同轴的位置增加一个大小相同、方向相反的补偿力，是比较理想的微振动抑制方案。但同轴补偿的红外制冷机也存在着以下几方面问题：一、应用比较受限，大多数情况下，由于受到扰振源周边空间尺寸的影响，很难直接在扰振源同轴的位置设置补偿结构以增加补偿力；二、考虑到制造及装配误差，扰振源可能在多个方向对系统产生扰振力，但同轴补偿方案无法满足多个方向的扰振力补偿需求；三、同轴补偿方案要求补偿机构必须严格按照某单一方向施加补偿力，否则补偿机构会对系统额外产生扰振力，因此，对补偿机构的设计、制造及装配均提出了严格要求。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决传统同轴补偿的红外制冷机存在的应用比较受限、无法满足多个方向的扰振力补偿需求且必须严格按照某单一方向施加补偿力的技术问题，而提供一种基于多源补偿主动吸振的红外制冷机及其多源补偿方法。
2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案为：
3、一种基于多源补偿主动吸振的红外制冷机，包括安装基座以及设置在安装基座上的制冷部件，其特殊之处在于，还包括多源补偿主动吸振单元；
4、所述多源补偿主动吸振单元包括多个补偿机构、多个传感器以及补偿控制单元；
5、多个所述补偿机构和传感器分别分布在安装基座的不同位置；多个传感器分别用于实时采集制冷部件中的运动部件对安装基座不同位置产生的扰振数据；多个补偿机构分别用于输出补偿力，以实现对不同方向扰振力的主动补偿；
6、多个补偿机构的数量、位置根据制冷部件中的运动部件运行时产生的扰振方向以及安装基座的空间尺寸综合确定；多个传感器的数量、位置根据安装基座的设计刚度和局部模态振型特点，并结合扰振力传递倍率确定；
7、所述补偿控制单元的输入端连接各传感器的输出端，其输出端连接各补偿机构的输入端，补偿控制单元根据传感器实时采集安装基座不同位置产生的扰振数据，基于空间力平衡和力矩平衡计算不同位置补偿机构需要输出的补偿力，并通过闭环控制实现主动多源精准补偿；
8、所述补偿控制单元通过下式计算不同位置补偿机构需要输出的补偿力：
9、；
10、其中，i为补偿机构的序号，n为补偿机构的数量，为第i个补偿机构输出的补偿力的向量，为第i个补偿机构质心到红外制冷机质心的位置向量；j为扰振源的序号，m为扰振源数量，为第j个扰振源输出的扰振力的向量，为第j个扰振源质心到红外制冷机质心的位置向量；扰振源为制冷部件中的运动部件。
11、进一步地，所述传感器为力传感器或者加速度传感器或者位移传感器。
12、进一步地，所述补偿机构为音圈电机、步进电机或者记忆合金。
13、进一步地，所述补偿控制单元通过pid闭环控制或lms闭环控制实现精准补偿。
14、进一步地，所述制冷部件中的运动部件包括压缩机和膨胀机，所述安装基座为板型结构；
15、所述压缩机通过压缩机支撑环安装固定在板型结构的上表面，膨胀机通过膨胀机支撑环安装固定在板型结构的上表面；
16、多个所述补偿机构同向分布在安装基座的外周；
17、多个所述传感器分布在安装基座的外周。
18、进一步地，所述制冷部件中的运动部件包括脉管，所述安装基座为探测器杜瓦，脉管安装在杜瓦的内腔中；
19、所述多源补偿主动吸振单元还包括多个传感器支撑结构和补偿机构支撑结构；
20、多个所述传感器分别通过对应的传感器支撑结构安装固定在探测器杜瓦表面对外输出力的传递路径上；
21、所述补偿机构支撑结构安装在探测器杜瓦表面，多个补偿机构沿不同方向安装固定在补偿机构支撑结构上。
22、另外，本发明还提供了一种上述基于多源补偿主动吸振的红外制冷机的多源补偿方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
23、步骤1，将红外制冷机中制冷部件中的运动部件按照其原安装形式和布局分别安装在测力平台上；启动制冷部件中各运动部件使其处于运行状态，通过测力平台分别采集制冷部件中各运动部件在空间直角坐标系x、y、z三个平移方向的时域扰振力特性数据；
24、步骤2，对制冷部件中的运动部件在空间直角坐标系x、y、z三个平移方向的时域扰振力特性数据分别进行傅里叶变换，获得制冷部件中各运动部件在空间直角坐标系x、y、z三个平移方向的扰振力频域特性；
25、步骤3，根据制冷部件中各运动部件运行时产生的扰振方向以及安装基座的空间尺寸确定补偿机构的数量和位置；根据安装基座的设计刚度和局部模态振型特点，并结合扰振力传递倍率确定传感器的数量和位置；
26、步骤4，将制冷部件中各运动部件回装至红外制冷机内，并根据步骤3确定的补偿机构的数量和位置、传感器的数量和位置将补偿机构和传感器安装在安装基座的相应位置；
27、步骤5，使红外制冷机正常运行，多个传感器实时采集不同位置的扰振数据，补偿控制单元通过安装基座不同位置产生的扰振数据，基于空间力平衡和力矩平衡计算各位置补偿机构需要输出的补偿力，并通过闭环控制实现主动多源精准补偿。
28、进一步地， 步骤3中，所述制冷部件中各运动部件在空间直角坐标系任一平移方向的扰振力小于另一平移方向扰振力一个数量级或以上时，忽略该平移方向的扰振力。
29、进一步地，步骤1中，所述测力平台为六自由度测力平台。
30、进一步地，步骤3中，所述传感器为力传感器或者加速度传感器或者位移传感器；
31、步骤5中，通过力传感器实时采集安装基座不同位置受到的扰振力；
32、或者，通过加速度传感器实时集安装基座不同位置产生的振动加速度；
33、或者，通过位移传感器实时采集安装基座不同位置产生的位移。
34、与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
35、1、本发明提供的基于多源补偿主动吸振的红外制冷机，在安装基座的不同位置设置了多个补偿机构和多个传感器，通过多个传感器分别实时采集制冷部件中的运动部件对安装基座不同位置产生的扰振数据，并以红外制冷机质心为基准，基于空间力平衡和力矩平衡计算出不同位置补偿机构需要输出的补偿力，从而实现对不同方向扰振力的主动多源精准补偿，大大降低了红外制冷机微振动对光学系统性能的影响；与传统同轴补偿方案相比，本发明的主动多源精准补偿具有更广泛的适用性，可以根据扰振源周边空间大小灵活布置补偿机构，大大提高了红外制冷机的微振动抑制效果和效率。
36、2、本发明提供的基于多源补偿主动吸振的红外制冷机，相比于同轴补偿方案，本发明的多个补偿机构非同轴设置，不但可以补偿制冷部件中的运动部件运行产生的扰振力，还可以通过闭环控制对其他补偿机构二次产生的扰振力进行精准补偿，极大地降低了对补偿机构的设计、制造及装配要求。
37、3、本发明提供的基于多源补偿主动吸振的红外制冷机，可以根据制冷部件中的运动部件对光学系统性能在不同方向上的影响敏感程度，选择仅对部分方向进行力平衡和力矩平衡，这样可以在资源最小化的同时实现较好的微振动抑制效果。
38、4、本发明提供的基于多源补偿主动吸振的红外制冷机的多源补偿方法，在预先实测各扰振源在空间直角坐标系x、y、z三个平移方向的时域扰振力特性数据的基础上，通过多个传感器分别实时采集制冷部件中的运动部件对安装基座不同位置产生的扰振数据，并以红外制冷机质心为基准，基于空间力平衡和力矩平衡计算并输出不同位置补偿机构需要输出的补偿力，为后续控制的最优策略提供数据基础，有效提高了补偿的精度。