动力学环境试验数据采集系统结构及性能分析

文章在总线结构、硬件组成、数据管理模式、扫描正弦数据处理方法（频率辨识、幅值估计）方面研究了目前动力学环境试验各种数据采集系统的特点和差异,同时对未来超大型数据采集系统的发展趋势进行了分析。     

双振动台正弦振动同步控制新方法研究

文章在对现有双振动台振动控制技术研究的基础上,提出了正弦振动幅值/相位同步控制新方法,对该方法的双驱动信号生成、回路响应信号采集与处理、振动幅值/相位控制等方面的实现技术进行了详细的阐述。     

载人航天器在轨力学环境测量系统试验研究

为获取载人航天器上升段与在轨期间的力学环境,设计了在轨力学环境测量系统,并在载人航天器振动试验期间对其性能进行了测试,获取了航天器典型结构的力学环境数据并进行了频谱分析。将该系统测量数据与试验中载人航天器平台测点的测量数据进行了比对,结果验证了该系统的有效性,为载人航天器载荷条件的制修订提供了参考。     

基于冲击响应谱变换的星箭力学环境等效频谱影响因素分析

介绍基于冲击响应谱变换和稳态放大系数的星箭力学环境等效频谱工程计算方法,给出冲击响应谱相对于正弦基础激励的瞬态放大系数近似解析公式,并结合典型星箭界面加速度时域响应数据分析力学环境等效频谱的影响因素。数值计算和理论分析结果表明:发射段低频力学环境瞬态效应明显,采用工程计算方法确定星箭力学环境等效频谱的结果受稳态放大系数取值影响较大——该系数取值的增大将使等效频谱幅值在整体上明显减小,频率分布特性也会发生变化。可见,目前工程上所采用的星箭力学环境等效频谱计算方法尚有不合理之处,后续应探索新的星箭力学环境等效频谱确定方法。     

航天器运输的力学数据采集、存储和分析方法

为了实时地监测及分析航天器运输过程中的力学环境,提出了使用移动数据记录仪实现数据的本地自动采集和存储方法,可对采集的海量数据自动批处理进行参数的时域及频域分析,分析后结果可直接反映与力学环境要求指标的符合性;另外,可将采集的GPS信号与力学数据匹配进行多维分析,以指导后续航天器同路线的运输。     

基于正弦振动试验的航天器结构模态参数识别

文章基于正弦数据的特点,主要针对稳态正弦扫描时,扫描频率分布不均匀的情况研究了一种新的数据改进方法,即将所有频率的响应信息叠加在一起,对它重新采样得到新的时域数据。并利用该方法对某型号卫星进行模态参数识别,与模态试验相比,结果比较理想,从而实现了利用正弦振动试验的数据提取模态参数的目的。     

基于插值DFT的弹体弹性自适应陷波方法

针对现代导弹弹性频率低、频率不确定范围大,传统陷波方法会造成严重相位滞后的问题,提出一种基于插值离散傅立叶变换（IpDFT）的自适应陷波方法。该方法利用修正Jacobsen方法辨识、跟踪测量信号中弹性模态的频率,并调整陷波器的中心频率来实现自适应陷波。该估计器频率辨识精度接近克拉美罗下界（CRLB）,弹性幅值变化对辨识精度的影响很小。仿真对比表明,该方法灵敏度高、辨识快、相位延迟小、弹性抑制效果好。与固定参数陷波器相比,相位滞后从29.4°减小到11.86°;与一类用自适应陷波器频率辨识方法相比,辨识时间从2s减少到0.25s,弹性振动幅值峰值为其10%。     

动态力测试数据处理及误差分析研究

分析了动态力测试系统的响应特性,找出了测试系统固有特性对动态力测试的影响规律,提出了一种动态力的测试数据处理方法。用该方法首先计算动态力输出曲线两个相邻零点之间的动态力均值,然后再求出该均值与动态力曲线上两个外侧交点之间的动态力均值,依此类推,迭代求得动态力的幅值、延迟时间等参数。对测试过程中误差的产生原因进行了分析并提出了减小测试误差的措施。结果表明,增加系统的阻尼振荡频率和动态力的周期,可有效降低幅值误差和延迟误差,从而对实际检测系统的设计和误差修正提供理论依据。     

正弦扫频速率对结构响应的影响分析

正弦扫频振动试验是考核飞行器结构在低频段性能的重要手段,工程人员亦可根据扫频激励下的结构响应信息对有限元模型进行修正。但正弦扫频振动是非稳态振动,尤其在共振区,结构响应特性与软件预示的稳态响应特性间存在差异,不利于模型修正。文章通过数值积分方法研究单自由度系统在正弦扫频激励下的响应特性,发现在正弦扫频激励下,系统最大响应减小、峰值频率发生偏移;而后推导了一个量纲为1的扫频参数η,得到了结构响应特性与η的近似关系式。使用此关系式,可在正弦振动前根据试验精度需要设置合理的扫频速率,也可在试验后对得到的结构响应数据进行修正。     

基于正弦基础激励的航天器结构模型修正方法

正弦振动试验是航天器系统级和单机产品需要开展的常规试验,充分利用工程中积累的正弦试验数据进行结构模型修正具有重要的工程意义。文章首先介绍了基础激励下结构模型修正方法,通过矩阵分块、待修正参数归一化、参与修正的频率点选择等步骤,推导出基于基础激励的模型修正公式;然后对国际通用算例GARTEUR桁架结构的有限元模型进行修正,分析修正后模型在修正频段内和修正频段外计算所得模态频率,验证修正后模型对模态频率的复现和预示能力,通过对比试验模型、分析模型和修正后模型中4个典型节点的响应曲线,检验修正后模型精度。结果表明:修正后模型的模态频率和响应曲线均与试验模型趋于一致,证实了该修正方法对GARTEUR结构修正的有效性。     

航天器电源系统大功率智能配电技术

随着航天器功能的增多和容量的增大,对电源系统的配置、管理、故障检测与诊断以及可靠性和可维修性都提出了更高的要求,促使航天器配电技术向着大功率和智能化方向发展。文章介绍了“天宫一号”目标飞行器电源系统采用的大功率智能配电单元,并在此基础上提出了智能能源管理单元设计。通过采用智能数据处理、固态功率控制等改进技术,将大功率智能配电系统进一步提升和完善,拓展其应用领域,以满足未来载人航天和深空探测任务发展的需要。     

基于不完整正弦基础激励响应数据的模型修正方法

文章直接应用航天器正弦振动试验所获取的结构动力学特性响应数据,开展了模型修正方法的研究。在试验数据不完整时,需进行模型缩聚。首先对比分析了Guyan缩聚和IRS缩聚方法的优缺点和适用范围;然后以缩聚后模型为基础,推导了基于基础激励响应数据的模型修正方法;最后以GARTEUR桁架结构的不完整的基础激励试验数据为基础对归一化的结构参数进行修正。结果表明:IRS缩聚模型修正后对模态频率具有良好的复现能力和预示能力,对响应曲线的修正也得到了明显改善。     

一种载人航天器深空通信系统架构的设想

为保证深空探测载人航天器与地面之间的可靠通信,在分析载波频率、信源压缩技术、编码技术和调制方式的基础上,提出了一种载人航天器深空通信系统架构,综合考虑各种通信业务的需求,采用LDPC编码、SOQPSK调制等先进技术,充分利用深空通信信道宽带宽的特点。相比于现有的深空探测航天器,文章提出的深空通信系统架构可获得更高的增益,能以更高的数据速率进行可靠通信,具有一定的技术前瞻性和较高的工程应用价值,对我国后续载人登月及其他深空飞行任务具有一定的参考意义。     

自动判读系统在载人航天器电测中的应用

为提高载人航天器电测的效率和准确性,文章引入自动判读系统。该系统判读知识表达可支持多种运算符和函数,知识覆盖面广;推理机的设计充分考虑了载人航天器测试的特点,数据判读准确性高,实时性好。系统目前已实现参数判读、指令判读、事件判读和指令监视等功能,在后续载人航天器电测中将发挥更重要的作用。     

基于时频域分析的轮控航天器姿态控制规律参数整定

研究了轮控航天器姿态控制规律的设计与参数整定问题。采用xyz转序欧拉角描述航天器姿态,建立了航天器动力学及运动学方程,并设计了非线性解耦控制律,使得各回路可独立设计PID控制器。以滚动回路为例,分析了PD控制参数与系统带宽、截止频率、相位裕度等多项频域指标的关系,从而设计有效的稳态控制器以应对挠性结构振动和系统时延等;接着根据姿态控制特性给出了积分参数选取及积分饱和处理策略;同时为快速完成姿态机动,结合时间最优控制特性分析了控制参数与机动角度的关系;此外,执行机构效率和系统干扰力矩等因素也被用于控制参数域的整定。最后利用整定策略设计了某型卫星的姿态控制器,并通过频域分析和数学仿真检验了该方法的有效性和实用性。     

共轭梯度算法在振动信号处理中的应用

为了提高液体火箭发动机试验振动信号频域数据处理的精度,提出了一种基于共轭梯度和AR模型的谱估计算法。该算法计算复杂度低,估计出的谱分辨率高,可以克服传统的经典傅里叶变换功率谱估计算法在信号信噪比降低时不能有效区分相近频率点谱线的问题,解决了传统算法旁瓣泄漏严重的固有缺点。通过对算法在不同信噪比条件下的仿真实验分析与真实试验数据验证,充分表明了此算法在低信噪比条件下,估计的谱仍具有高分辨率的特点。     

载人航天器泄复压地面模拟试验方法

为获得泄复压时间曲线,验证载人航天器泄复压系统功能,须进行泄复压地面模拟试验。文章介绍了应用于载人航天器的泄复压试验方法,通过理论计算和试验结果对比,表明了试验方法的正确性和有效性,可为载人航天器后续型号整舱泄复压地面试验提供参考。     

基于微处理器的载人航天器地面测试设备环境参数监视系统设计

环境参数监测对载人航天器地面测试设备的有效运行具有重要反馈作用。为提高温湿度等环境参数监测的自动化水平和测点分布的灵活性,提出了一种基于单片机微处理器的远程环境参数监视系统设计方法。该系统具有体积小、传感器可配置的特点,可以实现8路温湿度、烟雾浓度环境参数的同步实时测量,用户可以根据需要配置测点并设置参数越限阈值。系统向用户实时发布采集的数据和预警信息,其中预警信息也可通过GSM消息形式发送以实现远程监控。该系统的应用可以实现环境参数变化趋势判读,掌握各测试工况下的地面设备实际工作状态,从而对环境控制进行有效反馈。