开环虚拟振动试验方法在航天遥感器上的应用研究

振动环境试验是产品研发过程的重要试验项目,虚拟振动试验已成为一种减少试验、降低成本的高效解决方案。文章基于开环虚拟振动试验方法,对某遥感器进行频域开环和时域开环虚拟振动试验研究和仿真。仿真结果与试验数据的对比表明,频域开环和时域开环都很好的复现了振动试验过程,尤其是在低频段的试验结果。对于时域开环中激励信号的处理,文章创新性采用了时域波形再现(TWR)技术,基于台面加速度控制谱迭代反算位移激励信号的方法,有效的解决了非约束机械系统直接施加加速度或力激励漂移的问题。将仿真得到的响应结果与台面加速度控制谱进行了对比分析,验证了在一定范围内该方法的可行性。文章最后研究了偏载效应,拓宽了时域开环虚拟振动试验方法的应用范畴。文章结果有利于虚拟环境试验的推广,缩短研制时间。     

基于扰动补偿自适应的Hexapod微激励系统低频振动控制

为研究微振动对航天器上有效载荷的影响,以Hexapod平台为基础,设计多自由度微激励系统。常规的经典控制算法难以满足Hexapod多自由度微激励系统的精度要求;自适应控制算法虽然对处理此类问题具有天然的优势,但因被控对象相位延迟而引入的稳定条件限制了其在工程上的应用。文章结合线性自抗扰技术,提出了一种扰动补偿自适应控制算法,将被控对象相位滞后特性看作内扰,运用扩张状态观测器与外扰一同进行观测补偿,使系统输出信号与期望信号一致。将该算法应用于Hexapod多自由度微激励系统进行仿真和实验,验证了其可有效复现所需频带高精度正弦微振动信号,显示出实际工程应用价值。     

典型飞行器线角复合振动环境再现技术

为在实验室条件下再现某飞行器系统经历的线振动与角振动复合环境,在分析实测飞行环境数据的基础上,采用虚拟响应点方法对试验控制波形进行解算;通过搭建专用试验系统,采用时域波形复现的方法实现了线角复合振动的间接控制。试验结果表明:该模拟试验方法在频率1000 Hz以内能够较好地复现飞行器的飞行环境特征,为再现外场振动环境提供有效的解决途径。     

基于自适应谐波消除的Hexapod平台微振动激励控制

针对空间微振动环境模拟的需求,以Hexapod平台为对象,进行正弦振动激励控制的研究。当Hexapod平台工作在共振频段时,其输出的振动信号中因含有谐波成分而产生了显著的控制误差。为此,提出了一种自适应谐波消除算法。该算法以LMS滤波器为基础,将与谐波同频率的正弦信号和余弦信号作为滤波器的基底信号,将平台实际的输出响应作为滤波器的误差信号,以此实现谐波分量的自适应消除。将基于该算法的控制回路引入传统的控制器,进行了共振频段的单输入单输出和多输入多输出的微振动激励试验,结果表明,该算法可有效地消除谐波失真,大幅提高了Hexapod平台在共振频段的控制精度。     

微振动对不同支撑形式扫描机构的扫描精度影响研究

针对有高扫描线性精度要求的扫描机构,研究了微振动环境对基于轴承和挠性枢轴两种不同支撑形式扫描机构的影响。用ADAMS与Matlab/Simulink软件联合建立两种支撑形式扫描机构多体动力学闭环控制模型,对扫描过程进行了仿真,扫描线性度误差满足指标要求,验证了模型的正确性。在相同控制要求及某卫星实测微振动激励下,用所建模型仿真分析了两类扫描机构的扫描线性度受微振动环境的影响。结果表明:在相同的控制策略和微振动激励条件下,微振动对基于轴承和挠性枢轴的扫描机构的扫描线性度影响分别最大可达1%,2.6%。其中基于挠性枢轴的扫描机构更易受微振动环境的影响,但在工程误差一定的条件下,该影响可通过提高角度检测反馈精度而被有效控制。综合视轴标定精度和图像配准精度等指标要求,建议感应同步器精度需提升至1″以便于工程实现。研究对相机及卫星工程研制有一定的参考价值。     

冲击响应谱控制系统仿真研究

文章用计算机仿真的方法,进行了用电动振动台实现模拟爆炸冲击环境的冲击响应谱控制方法研究,根据冲击试验规范合成时域波形,分量级转化为驱动信号输入到振动台系统,计算系统响应加速度及冲击响应谱,用波形幅值均衡法对冲击响应谱进行修正,实现冲击响应谱控制.     

六自由度微振动模拟平台动力学分析

针对航天器的控制力矩陀螺微振动试验对通用微振动振源的需求,在分析微振动形式的基础上,提出了6-PUS并联机构的六自由度微振动模拟平台来模拟微振动试验的新思路。基于Newton-Euler法,给出了6-PUS并联平台动力学特性的分析方法,并建立了定平台输出力/力矩与支链驱动力之间的动力学模型。使用MATLAB软件对模型进行了仿真计算,并与理论计算值进行了比较分析,验证了动力学模型的正确性,可以为同类微振动模拟平台动力学与控制研究提供参考。     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

基于全柔性卫星模型的控制闭环微振动建模与仿真

针对高分辨率遥感卫星的微振动分析,给出了一种整星结构运动与姿态控制系统闭环的建模方法。该方法基于全柔性卫星模型,通过考虑姿态控制系统的控制律和硬件特性建立集成仿真模型,进而预测卫星在轨微振动的微振动响应和结构传递特性。文章以某遥感卫星为例,分别从开环和闭环角度给出了微振动的微振动响应和结构传递特性的结果,并进行对比分析。分析结果表明：提出的方法能够实现全柔性卫星模型的控制闭环微振动分析,相对于传统的开环仿真更接近在轨实际情况。     

多轴振动试验系统传递函数估计的数值仿真

文章应用频响矩阵建立了多轴振动系统输入输出之间的数学模型。通过数值仿真的方法,研究了多轴振动试验中传递函数估计的方法,针对不同激励信号组合、不同估计算法和使用多次平均技术情况下进行了数值模拟,并对结果进行了分析。可以为多轴振动试验控制系统的研究提供参考。     

基于局域均值分解的冲击响应谱时域波形合成新方法

冲击响应谱时域波形合成技术是目前实验室环境下模拟实际复杂冲击环境的重要手段。文章在研究局域均值分解(LMD)方法和冲击响应谱时域波形合成原理的基础上,对实测冲击时域波形进行分解得到一组具有不同频率分布的PF信号分量,然后对不同频率分布的PF信号分量进行聚类分析并重新构造得到一组新的PF信号分量,使得PF信号分量的频率-幅值特性与设定的冲击响应谱试验条件一致。将重构后的PF信号分量组合即可得到合成后的冲击时域波形。数值仿真分析结果表明,基于LMD的冲击响应谱时域波形合成新方法生成的冲击时域波形能更好模拟真实冲击环境,冲击响应谱具有较好的控制精度。     

基于STFT的最大预示环境波形重构新方法

振动过程的最大预示环境(MEE)是指在某个关心的结构区域内,通过测量或预示手段获得的以谱形式表示的振动环境数据保守极限。然而,很多振动试验方法,特别是用振动台模拟低频瞬态环境时(低于100 Hz),需要给出试验信号的参考波形。文章结合振动模拟试验及短时傅里叶变换(STFT)时频分析,提出一种振动过程最大预示波形(MEW)的重构新方法。数值仿真结果表明,与传统方法相比,使用新方法重构的MEW误差更小,且试验控制更加灵活、高效,更适合于工程应用。     

一种卫星在轨自由边界条件模拟方法

随着观测精度的提高,卫星观测设备对微振动愈加敏感,需要在地面开展卫星在轨微振动环境模拟试验及测试验证,而卫星在轨自由边界条件的模拟对于提高地面试验的有效性至关重要。文章提出了一种低频弹性支撑方法,用于模拟卫星在轨飞行时的自由边界条件;并基于该方法,设计和研制了一套模拟试验装置,通过模态和频率响应分析以及型号的整星微振动模拟试验,评估了模拟自由边界条件对卫星动力学特性的影响,也证明了低频弹性支撑模拟方法的有效性。     

桁架自适应结构振动控制仿真实验研究

基于MATLAB/dSPACE综合仿真实验环境 ,在有限元结构分析的基础上 ,在MATLAB/Simulink中进行桁架自适应结构的数学模型搭建和控制方案设计仿真 ,由dSPACE软硬件系统实现自适应结构的主动元件驱动和传感器数据采集 ,从而实现半实物仿真。实验表明基于MATLAB/dSPACE综合实验环境桁架振动受到很好的抑制 ,证明MATLAB/dSPACE试验环境高效简洁 ,控制方法行之有效     

利用气浮技术进行贮箱晃动试验方法研究

针对某型号大容积贮箱,其晃动特性直接影响到整个系统的动力学特性及轨道控制系统。为了获得该贮箱不同工况下的一阶自由晃动频率,首次提出利用气垫悬浮技术进行贮箱晃动试验的新方法,利用该方法设计出一整套试验系统,该系统包含试验件、激励系统、气浮控制系统、数据采集系统及加注排放系统等。使用试验系统开展不同工况条件下的液体晃动试验,并用CFD软件对该贮箱进行时域分析,结合傅立叶变换最终获得仿真结果。分析比较晃动试验结果、理论计算结果及CFD仿真计算结果,结果显示3种结果一致吻合,测试系统的可靠性和理论CFD仿真结果的正确性均得到验证。     

遥感系列卫星在轨微振动测量与分析

在遥感系列卫星上装载了微振动环境测量系统并进行了在轨微振动环境测量。文章介绍了4颗遥感卫星的在轨微振动环境参数获取与分析。结果表明:星上各活动部件中主要的扰振源为反作用轮和辐射计/散射计转动机构;卫星稳定运行时的最大微振动量级约为57 mg,传递到光学敏感设备衰减度约为15%。     

基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计

针对大口径高分辨率相机对卫星平台结构、安装包络、振动环境等方面的要求,提出了一种基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计与分析方法。通过在卫星平台与载荷安装基板之间的一体化结构中增加柔性连接单元,利用系统刚度和能量耦合的原理对一体化结构平台的系统性能进行设计和仿真分析,并在此基础上,开展了平台载荷一体化结构地面模拟试验研究。结果表明：文章提出的基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计在满足载荷安装要求的同时,还能够将卫星平台传递至载荷基板的振动响应衰减80%以上,从而有效地确保载荷的主要性能。     

基于随机振动响应的结构非线性参数识别

复合材料结构呈现出典型的量级非线性特征,非线性刚度的研究是结构设计和分析的基础。结构使用环境多数存在随机振动载荷,在更接近真实使用环境下对非线性参数的识别结果更加适用。文章提出了基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法,设计了基于随机振动响应的非线性刚度识别程序;通过立方刚度单自由度非线性系统算例,验证了识别方法和程序;并通过试验研究了典型复合材料结构的量级非线性特征。结果表明,基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法具有较好的识别精度,多自由度系统不同谐振阶次的非线性特性存在差别。研究结论对于随机振动环境下结构非线性参数识别和建模具有一定的参考价值。