压电自适应桁架结构控制一体化设计

针对压电自适应桁架结构,建立了含有主动元件位置的结构控制一体化设计数学模型,以结构重量作为目标函数,以结构静、动态响应作为约束函数,同时优化结构设计参数、控制参数和主动元件的位置。提出一种解决混合变量一体化设计问题的新方法,该方法将近似概念、遗传算法和对偶法相结合。首先采用组合多点近似函数建立原问题的序列近似问题,再对近似问题中的(0,1)离散变量和连续变量采用遗传算法和对偶方法分别寻优的分层优化策略。算例表明本文方法由于遗传算法只用于求解近似问题,因此只需要很少的结构分析次数就能得到最优解或近似最优解。     

空间豆荚杆机构收展过程的并行仿真计算

针对空间豆荚杆展开机构的设计,利用显式动态算法和高性能计算资源,对豆荚杆盘卷收拢和展开过程进行了非线性准静态仿真。为满足计算调试和多组工况带来的大规模计算需求,通过计算耗时、应力曲线和能量曲线的对比分析,确立了以提高加载速率为主的显式计算并行加速合理策略。计算过程和结果分析表明,动态仿真方法完全可以用来对豆荚杆机构的功能设计、结构改型和参数调整进行预知仿真,并为试验提供指导和参考。     

复杂结构振动控制设计与仿真方法研究

为了避免在建立结构数学模型过程中因简化和降阶引起的模型误差,解决复杂结构建模难的问题,提高控制器设计的准确性,提出了一种新的基于有限元法(FEM)的结构振动控制设计方法.该方法可借助于商用结构有限元分析软件来实现,简便易行,在PATRAN/NASTRAN环境中利用PATRAN命令语言PCL(Patran Command Language)建立了通用结构控制仿真平台.通过对压电自适应桁架结构的振动控制进行控制设计仿真和实验验证,证明了新方法的有效性;与Simulink使用简化模型的仿真结果相比,新方法的结果与实验结果更为接近,表明其准确性更高.该方法适用于对处在设计阶段的复杂结构进行控制设计与仿真评估.      

空间可重复展收套筒式伸展机构技术

针对现有的绳系套筒式伸展机构无法实现在轨逐步展开、可重复展收的难点，根据现有套筒式伸展机构的设计理念，提出了一种绳索传动、内置弹簧销锁定兼具低质量与高刚度的空间可重复展收套筒式伸展机构。通过对伸展机构的核心技术——锁定与解锁方式的研究进展进行综述，归纳出了内置弹簧销锁定、外置弹簧销锁定、内置摆杆锁定和外置摆杆锁定四种锁定方式，不同的锁定方式分别与螺纹传动、绳索传动这两种展开方式结合，产生了目前大多数类型的空间套筒式伸展机构。套筒式伸展机构正向着高刚度、低质量、可重复展收、高可靠性的方向发展，通过改进锁定方式提高锁定刚度并适应绳索驱动下套筒重复展收是当前研究的热点。但该套筒式伸展机构仍然存在相邻套筒的直径差较大、收展机构复杂、移动副较多，容易产生卡滞等问题，需要后续进一步改进。     

伸展机构地面屈曲试验的重力影响及修正方法研究

针对重力造成的空间伸展机构在轨环境与地面试验环境的差异,根据伸展机构的边界条件将其简化为根部固支、端部自由的悬臂梁模型,梁受均布力,理论计算了均布力和集中载荷对梁屈曲的影响。建立了14,30m两种伸展机构的有限元模型,对伸展机构施加重力载荷,计算了其静态非线性,将特征值法获取的伸展机构非线性屈曲模态引入弧长法求解伸展机构的屈曲承载能力。结果表明:当伸展机构达到一定高度后,须对地面试验结果进行修正;均布载荷可近似等效为在伸展机构的端部施加0.32倍的集中力载荷。分析结果对指导同类伸展机构的静力试验有一定的指导意义。     

自适应压电桁架形状控制中作动器优化配置

以压电作动器为控制元件,建立了自适应桁架形状控制基本方程.考虑结构性状约束和电压限制,建立了以作动器位置和控制电压为设计变量,以形状精度、控制能量和作动器数目的加权表达式为目标函数的作动器优化配置数学模型.由于作动器和普通杆具有不同的单元刚度,作动器每一种不同的位置配置都会导致结构总刚度矩阵的变化,因此单独采用遗传算法需要进行大量的结构计算.为了减少结构分析次数,提出了多点近似、遗传算法和二次规划相结合的优化方法.算例结果表明本文方法具有很高的求解效率.      

空间站实验舱柔性电池翼约束释放机构设计与验证

柔性太阳电池翼国内首次在中国空间站成功应用，是空间站系统最复杂、难度最大的机电产品之一，而约束释放机构作为柔性太阳电池翼系统的关键构成，用于实现太阳翼上升段压紧保护和在轨段解锁释放，其成败直接影响航天器任务成败。基于任务需求，本文介绍了柔性电池翼约束释放机构的构成、工作原理、详细设计以及仿真验证和在轨应用情况，分析其技术特点及关键技术。地面验证及在轨飞行试验验证了约束释放机构设计的正确性与合理性，为我国航天器多点大面积可重复压紧及解锁方面提供了一种新颖且可靠的解决方案。