空间多载荷高精度拼接支撑结构的优化设计

针对遥感卫星在多载荷高精度拼接扩大幅宽时需保证成像质量的要求,考虑多载荷之间的耦合,对支撑结构进行空间布局优化以及结构/热控一体化设计.应用改进的Heaviside密度滤波拓扑优化方法获取最优结构/热控的材料分布形式,结合多目标遗传算法进行详细优化设计,获取支撑结构质量、一阶固有频率和载荷安装面面形精度的Pareto前...     

一种新的连续面形变形镜的解耦控制方法

文章针对空间遥感器镜面由于应力释放和温度变化等引入像差的问题,利用连续表面变形镜校正像差展开解耦控制技术研究。对于基于Zernike系数求解影响矩阵的传统方法的波前复原精度有限的情况,文章提出了一种新的直接波前影响矩阵的变形镜解耦方法,适用于点阵表达的波前面形和Zernike多项式表达的波前面形。经过仿真验证,该影响矩阵解耦方法比基于Zernike系数方法的解耦精度高、稳定性好。文章在新的直接波前影响矩阵的基础上,讨论了采样方式与驱动器分布对拟合面形的影响,论证了驱动器的三角分布比四角分布更适合拟合面形。同时通过仿真分析,得出当变形镜要实现的面形采样点数足够时,求解精度的提升效果有限的结论。这些研究成果可为连续表面变形镜对空间遥感器的像差校正提供相应的技术支持。     

开槽管形装药（减面形）的设计与应用研究

根据一种火箭的固体发动机的要求，研究了开槽管形装药（减面形）的设计方法，并对减面形开槽管形药柱的槽数、槽长对燃面变化的影响进行了研究，提出了划分燃面变化阶层的依据。经性能试验和飞行试验证明，这种开槽管形装药（减面形）设计是正确的。     

采用分布式压电驱动器的翼面热颤振主动抑制

高超声速气动加热会严重影响飞行器结构的颤振特性,本文开展了采用分布式压电驱动器的热颤振主动抑制方法研究。以某飞行器小展弦比翼面为研究对象,进行了常温和热载荷边界条件下的结构振动和颤振分析。在此基础上,对频域非定常气动力进行有理函数拟合,建立包含压电驱动器的翼面耦合结构系统状态空间形式的运动方程;对典型热载荷边界条件下的被控对象设计颤振主动抑制控制律,分别设计出LQG及PID控制器;对比分析了系统开、闭环颤振特性。结果表明,通过主动控制律的实施,达到了热颤振主动抑制的目的,验证了这种颤振主动抑制方法的有效性     

关于薄膜反射镜成形机理的研究

聚酰亚胺薄膜反射镜是近几年发展起来的新概念.以Karman方程为基础讨论了薄膜反射镜的成型原理,分析了外载荷对薄膜反射镜面型的影响;给出了非线性耦合Karman方程的求解方法;以一种聚酰亚胺圆薄膜为例,用有限元法对Karman方程进行了数值求解,用zemike多项式拟合方法得到了圆薄膜在外载荷作用下的近似解析解,证明了把Karman方程解析解表示为多项式的合理性;用有限元法得到的不同外载荷作用下的薄膜的变形分析证明了通过控制外载荷的加载方式和载荷强度可以控制薄膜反射镜的面形,改善反射镜像差.     

考虑螺钉预紧力的反射镜安装结构仿真及优化

为考察某空间相机次镜背后安装螺钉预紧对反射镜面形影响,研究了反射镜在不同螺钉预紧力和重力作用下面形变化的规律,使用接触非线性有限元方法对反射镜组件进行了仿真,采用基于Zernike多项式的数据处理算法对面形数据进行了处理,得到了消除刚体位移后的面形变化规律,并对改变螺钉直径和改变连接螺钉结构形式两种优化路径分别进行了仿真。结果表明,拧紧力矩对面形的影响明显,沿径向的重力对面形的影响随预紧力矩的增大而减少,改变螺钉连接环节的结构形式对面形的影响大于改变螺钉直径。根据仿真结果对螺钉连接环节的结构进行了修改,试验测试证明改变螺钉连接环节的结构形式对于改善反射镜面形作用明显,可应用到类似反射镜结构连接的设计中。     

大口径胶粘主镜装调的有限元分析

文章针对采用胶粘工艺的轻量化大口径主镜装调过程中涉及的几种典型受力状态进行了研究。首先,建立了包含胶层的主镜组件精确的有限元模型,并考虑了胶斑的径厚比较大时对其弹性模量参数的修正;其次,利用有限元法结合Zernike拟合程序分析了强迫位移、1gn自重、均匀温升、胶层收缩、主镜两点支撑检测状态下主镜面形的变化,其中采用温度载荷等效的方法对胶层收缩在Patran/Nastran环境下进行了模拟。结果表明主镜组件自重变形和热变形对面形影响较小,而强迫位移0.01mm、胶收缩1%产生的应力、以及主镜两点支撑检测时对主镜面形影响显著。此外,对主镜两点支撑状态进行了试验检测,其面形变化与分析结果吻合。     

高精度遥感卫星力矩补偿技术

基于建立的卫星姿态动力学模型,对高精度遥感卫星有效载荷工作时载荷运动产生的干扰力矩及其对卫星姿态的影响进行了研究。提出了反馈控制＋力矩补偿的方法,给出了力矩补偿的设计。仿真结果表明：在补偿时延小、补偿精度高条件下利用补偿轮进行力矩补偿,可提高卫星的姿态稳定度,使其满足卫星成像时的姿态控制指标要求。     

关于薄膜反射镜成形机理的研究

聚酰亚胺薄膜反射镜是近几年发展起来的新概念。以Karman方程为基础讨论了薄膜反射镜的成型原理，分析了外载荷对薄膜反射镜面型的影响；给出了非线性耦合Karman方程的求解方法；以一种聚酰亚胺圆薄膜为例，用有限元法对Karman方程进行了数值求解，用zemike多项式拟合方法得到了圆薄膜在外载荷作用下的近似解析解，证明了把Karman方程解析解表示为多项式的合理性；用有限元法得到的不同外载荷作用下的薄膜的变形分析证明了通过控制外载荷的加载方式和载荷强度可以控制薄膜反射镜的面形，改善反射镜像差。     

压电-活塞式合成射流驱动器结构与性能

在传统的压电合成射流驱动器驱动器的基础之上,结合活塞式合成射流驱动器的结构特点,设计了一种新型的压电式合成射流驱动器结构。使用ANSYS仿真出这种新结构的振型模态并与传统压电式合成射流驱动器的振动模态对比。通过热线风速仪对新驱动器的驱动能力进行测量。得到了这种新型驱动器的频率响应曲线、瞬时速度、中心线上速度分布和开口处横向速度分布曲线。实验结果显示出这种新型的压电-活塞式合成射流驱动器峰值速度可以达到80m/s以上,可以有效增加驱动器的驱动能力。     

考虑执行器动态补偿的动中通系统非线性鲁棒控制

研究用于移动载体卫星通信的动中通系统的稳定跟踪问题。选取动中通系统的三轴非线性模型为被控对象,较单轴模型更能准确地描述子系统之间的运动学与动力学特性。在执行器动态特性的基础上,设计了一种具有执行器动态补偿的非线性鲁棒控制器。该控制器不仅能够使系统在载体移动过程中隔离载体扰动的影响,精确跟踪目标卫星,而且还进一步解决了执行器动态特性对系统的影响,更符合实际动中通控制系统设计的需要。最后通过三组对比仿真结果验证了所设计控制器在不同扰动条件下的稳定跟踪性能。     

有摩擦补偿的驱动组件高精度位置控制研究

针对柔性、摩擦影响下的谐波驱动组件高精度位置控制问题,提出了一种自适应摩擦补偿的递阶控制策略。建立了考虑谐波驱动组件柔性、摩擦的级联动力学方程,采用LuGre摩擦模型描述摩擦特性,设计双状态观测器估计LuGre模型内部不可测状态,并引入自适应律辨识未知模型参数和惯量变化,实现了谐波驱动组件的高精度位置控制,并基于Lyapunov定理证明闭环系统的稳定性和跟踪误差的渐进收敛性,通过在空间机构驱动组件测试平台上的试验结果表明,该方法有效提高了驱动组件位置控制精度和鲁棒性。     

执行器故障下的运载火箭非奇异终端滑模容错控制

针对存在未知外部干扰和执行器卡死故障的运载火箭,提出了一种基于非奇异终端滑模面的姿态跟踪控制算法。首先,建立了考虑干扰和执行器卡死故障的运载火箭姿态控制系统多输入多输出系统模型;然后定义了运载火箭姿态跟踪系统模型,针对定义的模型,设计了一种非奇异终端滑模面,使得系统在执行器故障情况下仍能较为精确地跟踪参考信号。基于李雅普诺夫函数证明了运载火箭姿态跟踪控制系统的稳定性和有限时间收敛特性。数值仿真检验了本文基于非奇异终端滑模运载火箭姿态跟踪控制算法的有效性。     

电磁式舵机的驱动设计试验与仿真

针对一种电磁式舵机,基于虚拟仪器技术设计了相应的测试系统,对舵机的动态性能进行了测试分析。考虑到铁磁阻的非线性和漏磁通的分散性,本文采用磁路微分法建立了舵机电磁铁的数学模型,对其动态特性进行仿真分析。结果表明:舵机的性能满足系统设计要求。试验结果与仿真结果基本一致,仿真计算可以用于舵机性能的优化与分析。     

基于太阳模拟器的网状天线热变形仿真与试验研究

准确预示天线在轨温度并分析天线热稳定性的影响因素是改善天线性能的重要方面.文章通过构建网状天线热分析和热变形有限元模型,仿真得到碳纤维主反射面、支撑肋组件等结构在两种工况太阳侧照下的温度场以及热变形场;在真空低温环境下,利用太阳模拟器对网状天线进行热真空原位环境热变形摄影测量试验.对比表明,仿真模型计算结果与试验测量结...     

主控格栅反射器基体结构/压电作动器参数集成优化设计

为提高反射器形面控制能力和减小在轨热变形，本文以锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)驱动的主控格栅反射器为研究对象，开展反射器基体结构和PZT压电作动器参数的集成优化设计研究。首先，建立主控格栅反射器有限元模型并通过实验验证了有限元模型的正确性。然后，以形面控制能力最大和热变形最小为目标函数，以设计变量上限、下限和结构基频为约束，采用遗传算法(GA)和非支配排序遗传算法(NSGA II)求解。最后，给出多个仿真算例的优化结果。仿真结果表明，控制能力最大的单目标优化，其热变形远大于控制能力，多目标的帕累托(Pareto)最优前沿可以给出更合理的设计方案。通过优化设计可以显著提高形面控制能力和减小热变形。     

高超声速飞行器新型预设性能控制器设计

针对强不确定、多约束条件下高超声速飞行器的控制性能问题, 提出一种新型、同时保证高超声速飞行器瞬态响应和稳态性能的鲁棒预设性能控制器设计方法。首先, 设计一种新型、时变、对数型障碍Lyapunov函数, 结合动态面法, 在保证高超声速飞行器高度和速度子系统稳态跟踪误差精度的同时, 还能确保其收敛速度、超调量等瞬态响应性能;与传统的预设性能方法相比, 该方法无需误差转化, 降低了设计的复杂度。然后, 针对模型和外部扰动不确定问题, 设计了自适应、非线性干扰观测器对不确定的上界进行估计并引入控制律。此外, 还引入辅助误差子系统, 降低高超声速飞行器执行机构饱和对闭环系统的影响。最后, 通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有状态均有界。仿真结果验校了本文控制器设计的有效性。     

巡天任务复杂工况下超静平台作动器疲劳寿命评估

为研究超静平台作动器的疲劳寿命特性,以其在轨执行巡天任务时的复杂工况分析为出发点,开展了典型工况下的超静平台物理试验,获取作动器实测载荷数据;采用有限元仿真模型进行疲劳损伤系数计算,根据“累积损伤-临界损伤”干涉模型进行累积损伤建模,推导了基于损伤系数外推的作动器概率疲劳寿命解析模型;利用最大损伤系数对应工况进行试验载荷谱设计,开展作动器疲劳寿命试验获取疲劳寿命分布,结合模型计算给出超静平台上不同损伤系数对应作动器的疲劳寿命评估结果。结果表明,运用建立的方法及模型,能够结合超静平台巡天任务工况,利用基于载荷谱编制的疲劳寿命试验结果,计算出平台上各作动器可靠度随在轨时间变化规律及概率疲劳寿命,可为超静平台作动器等一类在轨工况及载荷谱复杂、多样的空间运动机构提供一种真实有效的寿命评估技术途径。     

高精度陀螺加速度表的误差模型探讨

在全面考虑影响陀螺加速度表的误差因素的基础上,建立了陀螺加速度表的误差模型。该误差模型包括静态误差模型、动态误差模型和混合误差模型三部分。陀螺加速度表的误差模型的建立对实现有效的误差补偿和可靠地提高惯性系统实用精度提供理论依据。     

基于驱动机构作动的太阳翼振动控制原理与实验研究

针对航天器在调姿或变轨过程中太阳翼长时间、低频振动引起航天器系统无法正常工作的问题,以太阳翼自身驱动机构为作动器,提供反馈控制力,进行振动抑制。在原理性研究的基础上,建立了贴近工程实际的真实尺寸太阳翼有限元模型,改进了控制算法,实现了太阳翼在振动控制结束后的正确复位,并利用动力学缩比模型对振动抑制方法的有效性开展了实验验证。结果表明:该方法不需引入额外的非有效载荷,能够在保证太阳翼不偏离目标位置的同时,有效抑制太阳翼的低频振动。