四驱全地形车可变直径轮软土牵引特性分析

为解决常规地面车辆及传统车轮在沙地、滩涂等松软地域行驶或作业时存在通过性差、效率低、能耗大甚至无法行驶的问题,自主创新设计出四驱可变直径轮轻型全地形探测车,车轮具有可张开成为弹性步行轮和合拢成为刚性圆车轮2种工作轮态.基于贝克模型的经典地面力学理论,分别建立了可变直径轮张开轮及合拢轮态时与3种典型松软沙土交互作用关系的力学简化模型,计算并对比分析了可变直径轮两种工作轮态的挂钩牵引力和驱动力矩、牵引效率等随滑转率的变化关系及车轮接近角与沉陷量关系.结果表明车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等均受到车轮滑转率及软土特性参数的制约,在松软路面上可变直径轮张开步行轮比合拢圆轮能产生更大的挂钩牵引力、驱动力矩、牵引效率和更小的沉陷量,更有利于提高车轮的软土牵引通过性.分析结果可作为后续实验研究对比的参考.     

深空探测车可变直径车轮牵引通过性分析

提出了一种可变直径轮深空探测车,其具有结构紧凑、越障能力强、重心低、运行平稳等优点.考虑了月球重力环境和月壤的力学特性,应用基于贝克模型的地面力学理论,分析了深空探测车可变直径车轮与月壤间的相互作用,对轮片展开和车轮下陷做了合理的简化,对不同滑转条件下探测车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和驱动效率进行了计算,结果表明车轮的展开减小了推土阻力,车轮的挂钩牵引力和驱动效率都比车轮收缩状态有了明显的提高,并获得了使驱动效率达到最大值的滑转率的范围.      

一类不确定非完整运动学系统的鲁棒镇定

确定非完整运动学系统的镇定问题已有许多研究,然而当实际系统几何参数未知,特别是控制系统考虑不校准视觉测量时,运动学系统是不确定的.研究针对一类典型的不确定非完整运动学系统,即非完整移动机器人的鲁棒镇定问题.通过对质心和几何中心不重合情况下两轮独立驱动移动机器人镇定问题的研究,得到了以两独立驱动轮速度为控制输入的机器人运动学模型.对于车轮半径和两驱动轮之间距离参数已知情况下提出了光滑的时变镇定律,并针对这两个参数未知时,给出了鲁棒控制律设计方法.对这两类控制律下的闭环系统分别给出了严格的渐近稳定性证明.这类设计方法对于研究一般的不确定非完整运动学系统的镇定问题具有一定的启发意义.仿真试验验证了提出方法的有效性.      

四轮驱动汽车牵引力控制系统控制策略

针对四轮驱动汽车整车动力性和横向稳定性的问题,提出新的目标滑转率计算和修正方法的牵引力控制系统综合控制策略。首先,建立车辆系统各主要部件的数学模型;然后,针对不同工况,利用模糊PID控制技术建立以发动机节气门开度控制、轴间扭矩分配控制和驱动轮制动控制为一体的牵引力控制系统综合控制策略;在车轮目标滑转率的选取方面,提出了最优纵向滑转率查表法,并根据车速以及轮胎侧偏角的大小对目标滑转率进行实时修正;最后,在典型工况下使用MATLAB/Simulink对四轮驱动汽车牵引力控制系统进行离线仿真研究。结果表明：本文所提出的牵引力控制系统控制策略能有效地抑制驱动轮的过度滑转,充分利用路面附着条件,提高汽车纵向驱动稳定性。     

含单边非完整约束飞机滑跑的建模与仿真方法

当飞机在地面上滑行时,其运动会受到风载荷和不对称刹车力矩的影响.为分析飞机的动力学行为,给出了一种基于非完整非光滑多体系统动力学的建模与数值仿真方法.将飞机视为由机身和前后起落架组成的多体系统,主起落架的轮子为纯滚动,飞机在地面滑跑时考虑前起落架轮子的侧向滑移.飞机在跑道上滑跑的动力学方程由Routh方程导出,用约束稳定化方法抑制约束的漂移.轮与地面间的摩擦模型为库仑摩擦模型并用集值函数描述,以用于判断前轮是否发生侧向滑移.最后通过数值仿真算例分析风载荷和不对称刹车力矩作用下飞机在跑道上滑行的动力学行为.      

一种新型轮爪式车轮设计与性能仿真

针对当前行星探测车车轮的缺点和不足,结合行星表面的复杂环境,设计了一种新型轮爪式行星探测车车轮,其主要创新点在于车轮的轮爪.对新型车轮进行了受力分析,推导出车轮平稳运动的条件,为设计者提供了一定的理论依据.用Pro/ENGINEER软件建立了探测车的三维模型,并用ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件对行星车进行了运动学和动力学仿真.仿真结果表明新型车轮具有较强的越障能力,可以翻越高度超过车轮半径1.4倍的台阶,也可以跨越宽度超过车轮直径的壕沟,能够适应各种地形环境,基本克服了当前行星探测车车轮存在的缺点和不足.      

行星轮式月球车的越障能力分析

为确定行星轮式月球车的垂直越障能力,通过简化力学模型,给出了两个前轮同时越障、两个后轮同时越障和单个车轮越障这3种情况下行星车轮可以爬过的垂直障碍高度与车辆参数之间的关系,同时给出该车可以越过的最大垂直障碍高度.并且用ADAMS软件对这3种情况进行了仿真分析.仿真分析表明,理论推导结果是可靠的.      

驱动轮结构参数对月球车牵引性能影响研究

研究在月球表面环境下月球车的牵引通过性能,对保证其正常探测工作具有重要意义.根据牵引性能的评价指标,在模拟月壤-车轮土槽测试系统上对不同结构参数的驱动轮牵引性能进行对比试验.结果表明,当增大驱动轮宽度和直径时,其挂钩牵引力和效率系数都呈增大趋势;增大驱动轮的轮刺高度,挂钩牵引力增大;当滑转率小于20%时,效率系数随着轮刺高度的增大而增大,而当滑转率大于20%时,效率系数随着轮刺高度的增大而减小;增大驱动轮轮刺密度时,其挂钩牵引力和效率系数随之先增大后减小.      

Jitter reduction of a reaction wheel by management of angular momentum using magnetic torquers in nano- and micro-satellites

Nowadays, nano- and micro-satellites, which are smaller than conventional large satellites, provide access to space to many satellite developers, and they are attracting interest as an application of space development because development is possible over shorter time period at a lower cost. In most of these nano- and micro-satellite missions, the satellites generally must meet strict attitude requirements for obtaining scientific data under strict constraints of power consumption, space, and weight. In many satellite missions, the jitter of a reaction wheel degrades the performance of the mission detectors and attitude sensors; therefore, jitter should be controlled or isolated to reduce its effect on sensor devices. In conventional standard-sized satellites, tip-tilt mirrors (TTMs) and isolators are used for controlling or isolating the vibrations from reaction wheels; however, it is difficult to use these devices for nano- and micro-satellite missions under the strict power, space, and mass constraints. In this research, the jitter of reaction wheels is reduced by using accurate sensors, small reaction wheels, and slow rotation frequency reaction wheel instead of TTMs and isolators. The objective of a reaction wheel in many satellite missions is the management of the satellite’s angular momentum, which increases because of attitude disturbances. If the magnitude of the disturbance is reduced in orbit or on the ground, the magnitude of the angular momentum that the reaction wheels gain from attitude disturbances in orbit becomes smaller; therefore, satellites can stabilize their attitude using only smaller reaction wheels or slow rotation speed, which cause relatively smaller vibration. In nano- and micro-satellite missions, the dominant attitude disturbance is a magnetic torque, which can be cancelled by using magnetic actuators. With the magnetic compensation, the satellite reduces the angular momentum that the reaction wheels gain, and therefore, satellites do not require large reaction wheels and higher rotation speed, which cause jitter. As a result, the satellite can reduce the effect of jitter without using conventional isolators and TTMs. Hence, the satellites can achieve precise attitude control under low power, space, and mass constraints using this proposed method. Through the example of an astronomical observation mission using nano- and micro-satellites, it is demonstrated that the jitter reduction using small reaction wheels is feasible in nano- and micro-satellites.     

一种用于移动机器人的多段变形轮

变形车轮是提升轮式移动机器人在严苛地形越障能力的有效方案。然而传统单构型变形轮仅能适应特定路面环境,不能同时满足多种路面环境。利用一种平面多边形机构,将已有研究的轮式、扩展式和轮腿式构型相结合,提出了4种多段变形轮机构。同时,比较各构型的优缺点并针对较优方案进行杆长优化,提出相应的设计方法。根据不同路面情况,通过轮形间的有效切换,使得轮式移动机构在越障能力得到提升的同时,还能保证机构对不同种类地形的适应能力,达到提升机构通用性的目的。      

一种基于模糊聚类模型的动量轮健康性排序方法

基于模糊聚类分析提出一种动量轮健康性排序方法，选取实际型号任务中50N·m·s动量轮的地面测试数据与在轨数据，对数据处理后，研究闭环工况动量轮动态转速的电机电流，利用相关系数法将其转换为模糊相似矩阵，聚类分析动量轮健康性最大阈值；同时以最大阈值为标准，设计判断准则，用4个动量轮的数据验证该方法的实用性并与峭度试验方法进行对比。结果表明：该方法可以准确对动量轮健康性进行排序。     

刚性车轮月面牵引通过性的模型试验

以重塑模拟月壤为介质,利用深空探测车车轮牵引特性实验台,研究了月面巡视探测器的刚性轮齿车轮与模拟月壤的交互作用,分析了车轮转速、轮上载荷等试验因素对车轮牵引通过性的影响.研究结果表明,当车轮转速较低时,挂钩牵引力随滑转率的增加而不断提高;当车轮转速较高时,存在着临界滑转率点.轮上载荷的增加有利于提高车轮的挂钩牵引力,但对挂钩牵引力系数的影响较小.     

双赌轮选择遗传算法

提出了可以直接处理不等式约束条件的双赌轮选择遗传算法.为群体中的可行解和不可行解分别定义不同的适应度函数.可行解的适应度函数反映目标函数值的大小;不可行解的适应度函数反映约束条件的满足程度.建立2个赌轮分别选择可行解和不可行解.给出2个赌轮各自转动次数的公式,使可行解有更多的被选中机会.这样随着进化的进行,种群会自动向可行域内移动.这样就简单、直接地处理了不等式约束,并且允许初始种群全部为不可行解.另外,给出了一个改进的实数编码的两点交叉算子.比起典型的两点内插值型算术交叉算子,这个交叉算子具有更强的探测能力.算例测试表明双赌轮选择遗传算法的全局寻优能力较强,对不等式约束的处理简单有效.     

金刚石滚轮修整效果与修整机理

磨削钛合金时砂轮粘附严重,砂轮修整对磨削效果的影响尤为显著.采用金刚石滚轮修整新型陶瓷氧化铝SG砂轮并进行钛合金的磨削实验,通过改变修整参数(包括轴向速度、修整深度和修整速比)对磨削力、工件表面粗糙度及表面形貌进行测量,考察不同修整参数对磨削效果的影响.研究结果表明,减小轴向速度和修整深度均使磨削力增加,同时获得较好的工件表面质量.修整速比对工件表面粗糙度的影响比较复杂.研究发现,修整速比为0.4时修整出来的砂轮磨削后工件表面质量较好.在分析实验结果的基础上,深入探讨了砂轮修整机理和工件表面形貌形成机理.实验及分析结果为金刚石滚轮修整SG砂轮磨削钛合金的修整工艺提供了依据.      

一种抑制反作用轮低速摩擦对卫星姿态扰动的方法

在现代卫星的姿态控制系统中,反作用轮得到了广泛应用。但是当反作用轮的转速过零时,摩擦力矩会对卫星的姿态产生较大影响。本文采用基于特征模型的黄金分割自适应控制方法,建立了包括反作用轮在内的卫星系统的特征模型,并由此设计了控制律。仿真结果表明,该方法可以有效抑制反作用轮低速摩擦对卫星姿态的扰动,从而可以提高卫星姿态控制精度。     

外形及工况参数对轴承柔性保持架动力学性能的影响

考虑保持架柔性处理及滚动轴承各组件间的相互作用关系,利用ADAMS/View平台构建了真空条件下不同保持架的轴承刚柔耦合多体动力学分析模型,采用正交试验法分析了转速、保持架厚度和兜孔形状对保持架动态特性的影响规律。结果表明：随着轴承转速增加,保持架转速稳定性降低,动态接触力和打滑率升高,质心轨迹呈“筒状”;保持架厚度对保持架动态性能影响最大,质心轨迹受兜孔形状影响最大;动量轮用保持架最优工况及设计为：轴承转速为2000 (r/min),厚度为2 mm,兜孔形状为方型兜孔。     

空间光学敏感器成像组件抗力学稳定性分析与评价

摘要： 成像组件是空间光学敏感器和光学相机的核心组件，其抗力学稳定性直接影响单机的测量精度.为了提高其抗力学性能，本文首先对成像组件结构进行了力学分析，并通过试验验证了分析方法的有效性.由于仿真分析只能对抗力学稳定性进行定性评价，本文设计了实验来定量评价，并提出了一种成像组件抗力学稳定性评价方法.最后，应用该评价方法对三种结构进行了抗力学稳定性分析、试验和测试.结果表明，本文提出的评价方法与力学仿真结合试验的评价方法对三种结构的评价结论是一致的.而本文的量化评价方法可以给出结构力学试验后的滑移值和机械基准变化值，为产品的研制提供数据参考.该方法可应用于对位置变化敏感的空间光学仪器的研制过程.     

电推进卫星角动量卸载研究

电推进卫星需要在进行位置保持的同时通过将推力器的指向略微偏离质心来产生控制力矩,完成角动量卸载。针对该问题,文章在给定推力器开机位置、时长和动量轮目标卸载量的情况下,提出了正常模式和故障模式下的角动量卸载算法。通过对推力模型的简化,得出了推力器最优偏转方向的解析解,并对考虑推力器弧段损失和不考虑弧段损失的角动量卸载算法进行了比较。仿真结果表明,所提出的卸载算法能够在进行位置保持的同时完成角动量卸载,为电推进卫星的在轨控制策略提供了有效解决方案。     

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.