多面体网型空间抓捕机构的设计与分析

提出一种面向空间服务需求的新型多面体网型空间抓捕机构,以3-RRS并联机构为本体,将其动平台用空间单闭环六杆机构Bricard机构替代,通过Bricard网口的缩放运动和本体的包拢变形对空间目标进行抓捕以及位置和姿态的调整。通过在ADAMS软件中进行仿真来验证其抓捕过程,并以仿真所得关节受力情况为基础,在ANSYS软件和I-DEAS软件中进行仿真分析,对所提出的多面体网型空间抓捕机构进行强度分析与热平衡分析的工作,确保其机械结构强度和对热环境的适应性能够满足实际使用的需求。理论分析和仿真试验结果表明:该机构可满足空间目标抓捕任务的需求。     

空间重复锁紧与分离装置容差性能分析与验证

空间重复锁紧与分离装置的容差能力是合作目标能否被捕获的关键指标,一定的容差能力能够抵消机械臂末端定位误差带来的合作目标位姿误差。根据某种在轨服务平台对空间合作目标的捕获方式,提出并设计了一种具有一定容差能力,并且在空间机械臂协助下能够完成对合作目标重复锁紧与分离的装置。本文建立了合作目标任意一点与重复锁紧与分离装置坐标系之间的D-H矩阵,完成了对球头关键点运动轨迹数学模型的建立。利用关键点投影方法对装置的容差性能进行分析,验证了装置设计的合理性。通过ADAMS仿真和样机试验相结合的方式对装置的容差性能进行验证,结果表明所设计的装置能够捕获和锁紧处于极限位姿下的合作目标,验证了装置的容差能力。     

非合作目标编队飞行耦合动力学建模与六自由度控制

研究了非合作目标编队飞行的相对轨道和相对姿态运动,分析了非合作目标编队飞行的相对位置运动和相对姿态运动的耦合关系;建立了非合作目标编队飞行的六自由度动力学模型;设计了基于指数趋近律滑模控制方法的控制器;并证明了该系统的稳定性.仿真结果验证了六自由度控制的有效性.     

Contact Tracking Control Strategy for Space Manipulator with Snare-Type End-Effector

The capture operation performed by a snare-type end-effector mainly relies on three flexible cables. This paper solves the dynamics modeling problems of flexible cable used in the snare-type end-effector and provides a contact tracking control strategy for the impact phase of snare capture. To describe the motion of flexible cable,a dynamics model is established by considering both tensile and bending resistance properties. On this basis,a virtual spring concept is introduced to represent the contact between flexible cables and the target grapple shaft,and a contact dynamics model is established approximately by polynomial function with the variables of penetration and start-end distance of flexible cable. Thereafter,a contact tracking control strategy is proposed to improve the reliability of space snare capture. The target grapple shaft and flexible cable can keep in contact at the initial contact point during the whole capture process and thus reduce the possibility of pushing the target away. Experiments are carried out to verify the effectiveness of the proposed method.     

卫星随机振动带谷试验方法探讨

在随机振动试验中,为防止卫星过试验现象的出现,通常需要应用带谷试验方法对卫星进行合理的激励.带谷试验方法主要分为主动带谷试验方法和被动带谷试验方法两类.文章首先对两种带谷试验方法的实现方式分别进行了阐述,随后应用两颗卫星分别进行主动带谷和被动带谷试验的实例,分析探讨了带谷试验方法工程应用的有效性.     

航天器解体模型研究的新进展

航天器解体模型用于描述航天器因爆炸或碰撞解体所产生碎片的数量、尺寸、面质比以及速度等特性的分布规律,对于空间碎片环境建模与演化、空间碎片撞击风险评估及空间解体事件分析具有重要意义。分析了目前广泛使用的NASA标准解体模型的特点,介绍了近年来国内外在航天器解体模型方面的研究进展。国外的研究主要介绍了日本九州大学和德国EMI实验室开展的卫星撞击试验以及NASA最近启动的新一轮卫星撞击研究项目。国内的研究主要介绍中国空气动力研究与发展中心(CARDC )开展的卫星撞击试验和仿真研究,以及在此基础上发展的CARDC-SBM航天器碰撞解体模型,并比较分析了该模型与 NASA 标准解体模型的差别。对当前航天器解体模型研究存在的不足进行了分析,提出了下一步应关注的研究方向。     

多间隙润滑空载四连杆机构动力学分析

以空载四连杆机构为研究对象,分析间隙关节位置、数量及润滑对其动力学响应的影响问题。其中,考虑能量耗散的Lankarani-Nikravesh连续碰撞力模型被用来计算间隙关节处的法向碰撞力,摩擦力的计算采用改进的Coulomb摩擦力模型,而润滑力则采用Sommerfeld润滑条件下无限长轴颈-轴承的润滑力模型来计算。仿真结果表明不同位置处的关节间隙对动力学响应的影响不同,两个间隙关节对系统响应的影响比一个间隙关节大得多,而润滑关节能稳定系统的震荡,具有很好的缓冲作用。本文的研究更加真实地反映了机构的动力学特性,为机构设计及运动精度的分析提供了基础。     

基于序列图像的非合作目标自主导航及验证

针对空间自旋或章动运动的非合作目标运动感知与估计问题,给出了一种基于序列图像的运动测量与状态估计方法。所给出的方法由两部分组成:(1)采用立体视觉测量目标三个非共线的特征点,建立目标参考系并实现相对姿态的测量;(2)采用目标运动学和动力学方程,推导了扩展卡尔曼滤波器,实现目标角速度和惯量比的估计。最后,分别给出了数学仿真和物理试验:(1)利用数学仿真验证了所给出的卡尔曼滤波估计算法在不同目标运动情况下的收敛性;(2)利用机械臂模拟目标的自旋运动,利用双目相机采集目标运动图像,试验结果验证了所给出的运动测量与状态估计方法可以连续的给出目标角速度的精确估计。     

用空间电压矢量调制异步电动机的直接转矩控制

为了减小基本直接转矩控制(Basic-DTC)的转矩和磁链脉动,采用空间电压矢量调制(SVM)与直接转矩控制相结合(SVM-DTC)的方法。从直接转矩控制的基本原理出发,引入SVM方法,详细给出了一种改进型基于磁链矢量偏差法的异步电动机SVM-DTC的分析与实现过程,同时给出了修正的应用于SVM-DTC的磁链观测方法。仿真研究表明,与Basic-DTC方法相比,该方法除了能使转矩和磁链脉动大为减小外,还具有与传统直接转矩控制一样好的动态性能。最后,给出了SVM-DTC与Basic-DTC的实验对比结果,证明了该方法的有效性。     

圆轨道同步卫星在区域导航系统中应用研究

阐述了我国建立第二代卫星导航系统的必要性和区域性卫星导航系统的特点，进一步研究了倾斜圆轨道同步卫星在区域导航系统中的应用，最后设计了一种静止卫星和倾斜圆轨道同步卫星相结合的星座,并且初步研究了它的性能，通过仿真教育处表明，实现区域卫星导航系统是可行的。     

低温环境下超声电机定子特性

超声电机是一种新型的驱动器,由于其具有大力矩/重量比,控制性能好等优点,适合在航天器上使用,因此,在低温环境下对超声电机性能的变化进行研究就非常必要.分析了在低温环境下,超声电机定子弹性体和压电陶瓷元件性能变化,改进了不同环境下超声电机用压电陶瓷的压电方程,并通过该方程推出了压电陶瓷元件的d33随着温度的下降而降低.结合超声电机定子振动,归纳出低温环境下,超声电机定子对超声电机性能下降的影响.通过超声电机在低温环境下的性能测试,验证了低温环境下超声电机定子性能变化的理论分析.得到结论:压电陶瓷在低温环境下的性能下降是影响超声电机定子性能变化的主要原因.     

电励磁双凸极电机两种电动控制策略的分析和比较

讨论了QFW—18电励磁双凸极起动／发电系统在电动运行时的两种控制策略，对其进行了理论上的分析，井在QFW-18kW样机上进行了实验研究。结果表明，双凸极起动／发电系统在电动运行时通过对两种控制策略的结合，能较好地解决航空发动机在起动过程中双凸极电机与发动机的转速及转矩的匹配问题。     

基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法研究

描述了基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法。采用特征造型方法建立了弹性折叠机构几何模型,CAD二次开发技术实现了折叠机构模型的参数化自动建模;考虑折叠机构几何参数不确定性,建立了折叠机构可靠性动态分析模型;基于功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析问题简化为静态问题;采用一次二阶矩法分析了机构折叠时间、最大应力和机构寿命的可靠度;以折叠机构几何参数为设计变量,采用修正的可行方向法驱动优化使折叠机构质量最轻且寿命更长。数值分析结果显示功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析简化为静态可靠性分析,可以在保证分析精度的前提下,提高可靠性分析效率;同时与传统优化方法比较表明,可靠性优化设计方法可以通过牺牲部分优化目标性能换取优化设计结果可靠性的提高。     

基于图像位移的低轨卫星自主导航技术

利用高速相机测得的地面图形相对卫星的位移,结合星敏感器测得的姿态信息,基于卫星相对地面的速度是一个非线性变化过程这一事实,实现低轨卫星的自主导航.相对于传统的陆标识别自主导航,该方法不需识别地面物体或景象,只需利用图像之间的位移关系,经相关性分析后,便可获得卫星相对于地面的速度信息.因此,不需要存储地面物体或景象的先验信息,故减轻了存储负担.文中还构建了系统的状态方程和量测方程,采用卡尔曼滤波器进行信息滤波.仿真分析显示,该系统具有较好的自主导航精度,可以应用于低轨卫星的自主导航.     

Effects of Tightening Torque on Dynamic Characteristics of Low Pressure Rotors Connected by a Spline Coupling

A rotor dynamic model is built up for investigating the effects of tightening torque on dynamic characteristics of low pressure rotors connected by a spline coupling.The experimental rotor system is established using a fluted disk and a speed sensor which is applied in an actual aero engine for speed measurement.Through simulating calculation and experiments,the effects of tightening torque on the dynamic characteristics of the rotor system connected by a spline coupling including critical speeds,vibration modes and unbalance responses are analyzed.The results show that when increasing the tightening torque,the first two critical speeds and the amplitudes of unbalance response gradually increase in varying degrees while the vibration modes are essentially unchanged.In addition,changing axial and circumferential positions of the mass unbalance can lead to various amplitudes of unbalance response and even the rates of change.     

多模式自适应差动履带机器人

为提高履带机器人对复杂地形的通过能力与反应速度,基于差动轮系的原理,提出一种新型欠驱动式履带机器人。分析了机器人在松软、崎岖、平坦等地形下履带式、摇臂腿式、轮式等移动方式。描述了机器人通过台阶的4种情况,通过建立动力学模型,计算出4种情况下所需的驱动扭矩与障碍物高度、机器人履带模块尺寸之间的关系。利用ADAMS进行越障动力学仿真,得到机器人越障过程扭矩变化曲线。制作一台样机,进行攀爬台阶实验,验证了其自适应越障的可行性。理论分析与实验结果表明:该机器人针对地形变化自适应改变移动方式的能力提高了反应速度,多种越障方式有效增强了通过能力。     

面向快速响应产品的星上目标定位及识别方法

针对遥感卫星星上目标的定位及识别,本文面向快速响应应用需求,首先对星上目标定位及识别工作模式进行研究,总结出狭义和广义两种模式,其次重点对像方-物方坐标双向定位算法进行梳理,并针对典型地物目标星上自动识别算法提出研究思路,最后给出算法的应用方法流程。本文研究为快速响应产品星上智能处理提供方法参考。     

Rotation Control of a 3-DOF Parallel Mechanism Driven by Pneumatic Muscle Actuators

The pneumatic muscle actuator(PMA) has many advantages,such as good flexibility,high power/weight ratio,but its nonlinearity makes it difficult to build a static mathematical model with high precision. A new method is proposed to establish the model of PMA. The concept of hybrid elastic modulus which is related to the static characteristic of PMA is put forward,and the energy conservation law is used to achieve the expression of the hybrid elastic modulus,which can be fitted out based on experimental data,and the model of PMA can be derived from this expression. At the same time,a 3-DOF parallel mechanism(a new bionic shoulder joint)driven by five PMAs is designed. This bionic shoulder joint adopts the structure of two antagonistic PMAs actualizing a rotation control and three PMAs controlling another two rotations to get better rotation characteristics. The kinematic and dynamic characteristics of the mechanism are analyzed and a new static model of PMA is used to control it.Experimental results demonstrate the effectiveness of this new static model.     

基于模糊神经网络的异步电机速度控制系统

针对矢量控制异步电动机，利用模糊神经网络控制理论．提出了一种教师值指导和隶属函数自调整的模糊神经网络控制器。详细描述了模糊神经网络控制器和教师值控制器的设计过程，采用了隶属函数参数在线调节的办法，推导了隶属函数参数调整的公式和算法，研究了以转矩电流Iqs为目标函数和系统输出转速ω为目标函数的情况下的系统转速响应，分析了系统转动惯量J、粘滞摩擦系数B和转矩系数Kt变化情况下系统的性能，仿真结果表明该控制器具有速度响应快、鲁棒性较强等优点。     

基于主动转向干预的EPS系统转向盘力矩突变修正策略

在研究融合主动转向功能的电动助力转向系统实现原理的基础上,分析转向系统的力矩和角位移传递特性。针对主动转向干预时转向盘力矩发生突变的问题,提出一种适用于全车速范围的助力电机前馈助力修正策略。为验证所提出的前馈助力修正策略的修正效果,进行主动转向干预时转向盘力矩阶跃仿真试验。仿真结果表明:该策略有效地削弱了伴随主动转向干预同时出现的转向盘力矩突变,且在高速时该修正策略仍然有效,改善了主动转向干预时转向系统的转向路感。