六自由度激励台精密高刚度铰链结构设计与试验应用

精密高刚度铰链作为六自由度并联激励平台中的关键组件,其性能高低对激励台的控制精度有直接影响。针对铰链所需满足的高刚度、高基频和无间隙等要求,文章提出了基于虎克铰结构的铰链设计方法。首先根据铰链所处的工况确定选用圆锥滚子轴承作为旋转支撑部件,并通过对轴承的配置和预紧实现无间隙振动运动的要求,从而确定了铰链结构形式。然后,利用有限元法校核了结构的刚度与基频,进而完成铰链结构方案和样机制造,并将样机集成于激励台中。最后,开展了铰链动态特性试验和激励台振动控制试验,分别获取了铰链的基频和激励台控制响应。结果表明,铰链可满足激励台工作频段内的使用要求,铰链设计合理。     

太阳电池阵的铰链副刚度参数识别

为正确识别太阳电池阵铰链副的刚度参数,用形状简单、建模相对容易的有机玻璃板列阵不同状态下模态试验结果估计待识别参数的初始值,通过线性化目标函数,将参数识别归为易求解的数学规划问题,最终直接用商用有限元分析程序和数学软件实现参数识别。识别结果表明,理论计算值与试验结果基本吻合。     

六自由度激励台的结构动力学等效建模

六自由度激励台是多轴同步振动环境模拟的重要地面设备,因其结构复杂且具有多个运动自由度,而难以构建准确的结构动力学模型。文章针对6-PSU构型激励台的结构动力学特性,提出其参数型建模与模型修正方法。首先确定模型修正的对象为含轴承和导轨等接触运动副的铰链与作动部件,提出采用刚度与质量解耦的方法建立其含参等效动力学有限元模型;然后以该等效模型为基础,通过模态参数修正铰链和作动部件等效梁模型参数,再利用频响函数修正模型中轴承和导轨的接触刚度参数,得到了修正后的激励台等效结构动力学模型。修正后的有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了建模方法的有效性。     

太阳翼展开过程中锁定冲击载荷研究（英文）

针对一类典型太阳翼,采用NASTRAN和ADAMS软件建立了太阳翼展开锁定通用分析模型;提出了一种改进的铰链建模方法,能够考虑铰链的所有重要刚度系数;最后,研究了有限元模型导入柔性多体模型的模态数、计算步长、铰链刚度和模态阻尼等参数变化对锁定冲击载荷的影响。通过分析可知,计算时需选取足够多的模态数及足够小的计算步长,还要采用较小模态阻尼,以得到冲击载荷的保守设计值。此外,地面试验得到多组刚度测试结果时,应选取最大刚度试验值,以得到保守结果。研究表明,文章采用的太阳翼展开锁定模型能够得到更准确的冲击载荷结果,并易于实施。     

基于有限测点的复杂管路全局振动预示方法

基于数值模拟和实验提出和验证了一种利用有限测点振动信息进行典型管路系统约束状态及载荷参数重构识别,进而通过精细有限元建模实现管路系统动态响应评估的管路全局振动检测预示方法。主要研究内容包括：首先,建立了典型发动机管路结构随机振动响应分析正问题有限元模型,提出了针对管路振动全面预示的测点设置策略;其次,发展了激励和约束参数分别重构的振动系统参数识别方法,基于共轭梯度法建立了载荷、约束确定论反演算法,确立了基于管路系统实际结构和载荷、约束参数重构结果的高精度振动建模方法;最后,搭建了管路系统的简谐/随机振动实验系统,基于位移和应变振动测量信号进行了约束刚度和载荷的重构,建立了发动机典型管路的精细有限元模型,实现了管路结构振动位移和应力的全面检测预示,验证了所提方法的有效性。结果发现,针对仿真和实测振动信号均可实现对管路振动的有效检测预示,能够确定管路薄弱位置和最大应力状态,可为重型等新型发动机管路结构设计和完整性评价提供有效支撑。     

高维不确定性条件下飞行器级间分离可靠性评估

针对高维不确定性条件下飞行器级间分离精细化分析需求,建立参数化级间分离动力学仿真模型,综合考虑级间分离过程中高维不确定性因素影响,识别典型分离失效模式,构建分离可靠性模型。提出采用活跃子空间方法实现高维不确定性参数的空间降维,结合极大极小距离序贯采样方法,利用含交叉项的高阶多项式回归模型对降维空间进行近似,完成了可靠性分析。结果表明,提出的方法能够准确描述高维不确定性因素对分离可靠性的影响特征,在保证高维不确定性计算精度条件下,大幅提升分离可靠性定量分析效率,此外,不同阈值对应分离可靠性曲线与常规打靶仿真结果吻合良好,为高维不确定性条件下分离方案精细化设计提供支撑。     

基于高斯过程的航天器自适应滑模姿态控制

针对存在模型不确定性和外界干扰的刚性航天器,提出了一种基于高斯过程回归(GPR)的新型自适应滑模姿态控制算法。该算法具有自学习能力,在不同的姿态控制任务下都能够实现高精度、强鲁棒和高效率的姿态跟踪。首先,在航天器的四元数标称系统动态模型基础上,应用在线稀疏高斯过程回归(SOGP)方法学习系统的未知动态;其次,结合高斯过程的预测均值设计滑模控制算法,利用高斯过程的预测方差自适应调节控制增益,并应用李雅普诺夫方法严格证明闭环系统的稳定性,保证了航天器姿态跟踪误差的渐进收敛性;最后,通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性。结果表明,该自学习控制算法与自适应滑模控制(ASMC)与神经网络自适应控制等算法相比,具有更快的收敛速度、更高的跟踪精度以及更低的控制成本。     

基于自回归高阶估计的盲信号提取算法

文章利用线性预测模型来描述信号的时序结构,提出了一种基于高阶统计量的自回归参数估计的盲信号提取算法。算法首先通过高阶累积量对AR模型中的加权参数进行估计,然后利用盲提取方法对混合信号进行抽取以达到混合信号的分离,比较了高阶累积量方法和二阶自相关分离算法在不含噪声和含高斯白噪声情况下的分离效果。最后通过仿真实验证实了算法的有效性。     

星载复杂组件随机振动试验载荷设计方法改进

针对现有的复杂组件随机振动试验载荷设计方法在某些加载方向常给出远大于实际数值的载荷预示,而难以满足组件研制单位的载荷裁剪需求的问题,文章提出了一种改进的载荷设计方法,将随机激励功率谱密度描述为关于组件质量的系数含待定参数的分式函数,并利用总均方根加速度实测值确定待定参数。对比了改进方法与两种现有方法对典型组件随机振动载荷的预示精度。结果表明,改进方法可以显著降低预示误差,从而为星载复杂组件结构与机构优化设计提供合理的约束条件。     

多航天器协同探测效能影响参数不确定性分析

为解决传统基于蒙特卡洛仿真的探测效能不确定性分析评价方法中时间效率低,参数关系映射单一的问题,提出一种基于神经网络的不确定性分析方法,利用人工神经网络在拟合回归分析上的非线性特性,设计了能够替代复杂系统的神经网络结构,能够通过少量仿真计算结果作为训练样本实现模型的收敛并能有效反映被替代系统的原有特性。选择以一个多航天器的天文观测任务作为典型用例,建立了仿真分析模型,并与蒙特卡洛仿真方法结果进行了对比,验证了此方法的准确性和计算效率。     

基于三维有限元的火箭模态振型斜率预示方法研究

振型斜率火箭是姿控系统设计的重要参数,对飞行任务的可靠性与安全性有着至关重要的作用。依据全箭动特性的测量原理及参数定义,结合三维有限元建模方法和模型修正技术,全面考虑了速率陀螺、惯组安装位置处的局部刚度对振型和振型斜率的影响,建立了基于局部细节精细化建模的全箭模态振型斜率预示方法,并总结了3种不同的振型斜率提取方法,提高了振型斜率的预示精度。同时提供了三维模型振型一维化的方法,解决了使用三维有限元模型计算弹性运动方程式系数的难题。     

典型星载遥感器光学系统总剂量效应防护方法与设计

针对空间不连续工作的典型星载光学遥感器的结构和光学系统,进行抗辐射薄弱环节与总剂量效应的仿真分析计算,提出在遥感器入光口遮光罩处增加防护盖以降低光学系统中辐射吸收剂量预示最大位置处的吸收剂量,并对防护盖的具体参数进行仿真优化设计。研究表明:光学系统各光学部件所在位置辐射吸收剂量处于不均匀状态,接收地物信息的第一镜体处的预示值最大;安装防护盖后,可大幅降低该处的辐射吸收剂量,使之与其他部位的吸收剂量处于同一量级水平;防护盖的实施参数以厚度1~3 mm、距离入光口遮光罩端部小于20 mm为最佳。文章最后描述了防护盖设计方法的通用性,给出了防护盖的适用技术条件。     

基于模态试验和冲击响应试验的模型动力学参数修正

为通过数值仿真计算方法准确预测冲击响应,基于模态试验和冲击响应试验,对响应板的碰撞冲击过程进行动力学参数修正。模态试验过程,通过响应面优化的方法对响应板的弹性模量、泊松比、厚度参数进行优化,优化后的固有频率计算值相对误差在±2%以内。冲击响应试验过程,冲头冲击高度6.3 cm条件下,对试验和数值仿真的响应谱曲线进行误差评价;基于响应谱各分析频率点均方根误差最小的优化目标,通过曲面拟合得到最优的质量阻尼系数和刚度阻尼系数。动力学参数修正后的模型在3个不同冲击高度条件下的冲击响应谱预测中,大部分频率段的误差在±6 dB以内,显著提高了预示精度。     

一种改进的空间载人机动装置参数辨识鲁棒投影算法

空间载人机动装置(MMU)在进行救援过程中,其动力学参数存在很大的不确定性.为解决这一辨识问题,本文首先推导系统关于各动力学参数的线性化模型,然后结合该线性模型的特点,提出了一种用于估计动力学参数的改进鲁棒投影算法,并在理论上分析了该算法的收敛性质,数字仿真验证了方法的有效性.     

机器人铣削加工动态变形误差预测与在线感知

航天舱段零件的机器人铣削加工中,强激励铣削力作用下的动态加工变形是影响加工精度的重要因素,复杂工况下动态误差的离线理论预测难以准确反映实际变形误差。为此,考虑加工过程中复杂工况下不确定性因素对动态变形误差的影响,本文提出了融合在线测量位姿、力数据的动态误差预测方法。首先,建立动态变形误差理论预测模型,引入加工误差预测偏差项;其次,结合有限实验数据对预测偏差的影响因素进行主成分分析(PCA),提取信息贡献率大的主成分作为特征向量,利用支持向量机(SVM)建立预测偏差关于特征向量的动态误差预测回归模型;最后,构建基于机器人关节位置和切削力测量数据的加工动态误差预测模型,实现动态误差在线感知,为加工精度控制提供数据基础。     

基于有向图的航天器编队鲁棒自适应姿态协同跟踪控制

针对一组有向通讯拓扑关系的编队航天器的协同控制问题,考虑航天器的模型不确定性(指惯量不确定性)以及受到的外部干扰的影响,设计了分布式自适应协同姿态跟踪控制器,使得各航天器姿态协同的同时跟踪时变的期望姿态。首先,针对由MRP参数描述的航天器误差动力学方程,选取了包含相对误差项以及绝对误差项的滑模面,将模型不确定项和外界干扰项作为整体处理,基于Lyapunov稳定性理论给出了非回归项的自适应算法和分布式协同跟踪控制律的设计方法,以使得各航天器协同收敛到期望的姿态,最后通过仿真验证了该算法的有效性、可行性。     

太阳电池翼在轨模态光学测量优化的计算机辅助方法

非接触光学测量方法,可作为空间站太阳电池翼等大型航天器柔性部件在轨模态分析的一种潜在手段。为合理布置相机的拍摄工位及视角,有效捕捉靶标运动的位移及方向,提出了利用轨控或姿控激励下柔性附件瞬态响应的结构动力学仿真结果,结合计算机图形学仿真技术,预示虚拟靶标运动过程成像及其位移重构效果,从而对测量有效性做出判断的实验方案评价方法,并通过仿真实验对其可行性进行了验证。该方法可发展为航天器在轨模态测量的计算机辅助优化工具,能充分利用结构动力学仿真成果,弥补大型柔性部件地面实验的不足。     

运动单站长基线干涉仪自校正定位方法

针对单站测向定位中多通道干涉仪系统复杂且易受通道幅相不一致性影响等问题,研究利用运动单站上的单个长基线干涉仪(LBI)测量的模糊相位差(PD),联合估计辐射源位置和相位差偏差,实现自校正定位。针对该问题的高度非线性,提出一种距离和偏差联合参数化增量高斯和滤波(RBJP\|AGMF)算法,然后利用初始相位差得到一组方位角,采用距离与偏差联合参数化方法获得一组高斯和滤波初始值。使用增量扩展卡尔曼滤波器(AEKF)组进行递推计算,并分析了定位误差的克拉美-罗下限(CRLB)。仿真结果表明该方法运算量较小,定位性能可接近CRLB。     

带液体晃动航天器的非线性自适应反馈控制

针对一种带液体燃料晃动的航天器,同时考虑液体晃动参数的不确定性,提出了一种参数自适应非线性反馈控制方法,抑制航天器的俯仰及横向运动,同时抑制液体燃料的晃动.针对航天器与液体燃料的固液耦合非线性模型,采用基于Lyapunov函数的设计方法设计系统的反馈控制律,运用间接自适应方法设计参数自适应律,并使用参数映射等手段来保证参数估计值在合理取值范围内.仿真结果表明,控制器可以使航天器达到渐近稳定,进而验证了控制器的有效性.     

基于星敏感器/陀螺组合的一种半确定性卫星定姿方法

针对星敏感器/陀螺典型卫星姿态确定系统配置,考虑确定性方法的离散性及状态估计法对模型准确程度的依赖性,提出了一种半确定性姿态确定方法.以四元数为姿态描述参数,用基于Taylor展开近似的线性回归修正陀螺预报的姿态,并用修正的姿态信息反推出陀螺漂移量.仿真结果表明:该算法实现简单,无需实时递推滤波器增益阵,计算速度快,定姿性能较佳,可有效提高陀螺的姿态预报精度.