空间机械制冷机微振动研究

机械制冷机广泛应用于空间红外遥感器中,由于其中存在运动部件,因此工作过程中不可避免地会产生振动,是卫星在轨状态下影响光学遥感器成像品质的重要振动源之一。文章对空间机械制冷机的微振动问题进行了研究,建立了线性驱动对称布置压缩机以及斯特林膨胀机的力学简化模型;分析了2个对置活塞的质量、阻尼、刚度偏差与压缩机整体的振动输出之间的关系,仿真分析结果表明,压缩机整体的振动输出对阻尼的偏差最为敏感;对3种常用制冷机微振动测量方法进行了介绍,对比了3种方法的优缺点,指出扰振力的测试方法对于空间遥感器领域较为适用。     

空间高精度长寿命谐波减速应用技术研究

面对日益增长的空间高精度长寿命机构的应用需求,文章以空间谐波传动为研究对象,首先介绍了谐波减速器在国内外的研究和应用现状,分析了谐波齿轮的失效模式和影响寿命的因素,分析了不同载荷、不同工作模式对谐波齿轮精度和寿命的影响,并设计了不同工况的寿命试验进行验证。基于研究和验证试验结果,给出了空间高精度长寿命谐波减速器应用时的关键控制指标。最后,通过一高精度谐波指向机构,进行了往复间歇运动寿命试验,验证了谐波减速器可满足3.6?106次往复间歇运动的长寿命使用要求,同时可保证机构指向精度达30″。文章对谐波减速器在空间其它领域应用提供了借鉴。     

基于谐波调谐技术的功率放大器研究

作为卫星有效载荷系统中功耗和热耗的最大载体,功率放大器的效率高低反映了系统整体效率的高低.文章应用谐波调谐的方法,实现了功放设计中对二次谐波和三次谐波的利用;有别于传统的功放设计,谐波调谐功放通过两端匹配设计实现谐波对电流和电压波形的整形,能够在提高功放漏极效率的同时保证输出功率也有可观提升;最后,通过选取CREE公司...     

空间核电源电力系统功率因数校正技术的研究

为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求,通过采用基于空间核电源系统的功率因数校正技术来滤除和抑制由发电机产生的谐波,从而提高系统的用电效率。提出一种新型Boost PFC拓扑结构,首先分析变换器的工作原理,之后对工作在连续电流导通模式下的Boost变换器进行建模分析。通过对变换器双环控制中的电压环和电流环进行理论设计和数学推导,从而确定控制环路参数。采用PLECS仿真软件对变换器的控制策略和系统的动态响应进行验证,并实现输入电流对输入电压的零相位正弦化追踪。     

一种影响空间相机成像的制冷机微振动分析方法

针对空间制冷机微振动对光学遥感器成像质量难以准确评估的问题,提出一种制冷机-空间相机的集成建模分析与试验验证方法。该方法建立了系统的集成分析模型,实现了微振源-相机结构传递-光路模型的分析过程。首先,利用一种制冷机的刚性安装测试和自由悬吊测试获取制冷机的扰动载荷。然后,采用一种力过滤方法改进传统的扰动分析过程。最后,通过集成有限元分析计算光学系统调制传递函数,得出制冷机微振动对空间相机成像的影响。分析结果表明,这种方法能更精确辨识制冷机微振动及其传递特性,从而能准确分析空间相机光学载荷的稳定性。     

面向航天领域的模型驱动软件设计开发方法

针对航天嵌入式任务关键软件特点,研究基于AADL模型,实现对其结构模型、行为模型、故障模型和执行模型的多维度描述。通过构造其代码规则模板,实现从模型到源程序的自动化映射,降低编程工作量。研究将AADL模型转换为故障树模型和时间自动机模型,分析验证软件安全性与可调度性;通过构建航天领域模型库,支持大规模软件复用。最后,基于所开发的航天型号软件模型驱动开发平台,对航天飞行器GNC系统的软件开发进行了初步验证,结果表明模型驱动的软件开发方法能有效提高航天型号软件开发效率和质量。     

卫星无线传能系统主动电场屏蔽效能分析

针对无线传能系统宽频段电场辐射屏蔽的需求,建立了采用主动屏蔽方式的无线传能系统屏蔽效能分析电路模型。推导出主动屏蔽激励源可由无线传能系统电压激励源控制。给出了空间点位置和面位置屏蔽效能计算公式,通过对激励电压源进行傅里叶变换后提取关注频段电压分量可实现对宽频段屏蔽效能的分析。通过仿真分析证明了方法的有效性,屏蔽效能与空间位置有关,同时受限于传输效率的约束。通过调节压控电压源的压控系数可以在传输效率损失相对较小的情况下实现关注位置电场辐射的有效屏蔽。最后通过实验验证了无线传能系统主动屏蔽方式屏蔽效能分析方法的正确性和工程可应用性。     

一种可变形桁架逆运动学方法

针对空间站组装舱段转位过程中,以可变形桁架(VGT)作为空间操作机构的系统的逆运动学问题进行了研究。给出了一种基于等效机械臂模型和工作空间密度函数扩散过程的逆运动学方法,其基本思想是:首先计算VGT各级的等效机械臂模型,由关节运动范围得到单级机械臂的工作空间密度函数,将后一级关节点的工作空间密度函数视为之前各级的扩散过程,寻找使得末端在期望位置工作空间密度函数的值最大的一组等效机械臂模型关节变量值,计算该组等效机械臂模型对应的桁架模型可调杆长度值,即为所求逆运动学。与通过蛮力枚举求解可调杆长度的逆运动学方法相比,本文的方法能够有效提高运算效率。最后通过仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

航天器开关电源差模滤波器设计方法研究

航天器DC-DC开关二次电源作为星上功率电子设备,既是重要的电磁干扰源,也是易受电磁干扰的设备,其电磁兼容性设计尤为重要.开关电源差模滤波器对传导干扰有着较好的抑制作用,是开关电源不可或缺的组成部分,其稳定性、可靠性和有效性是设计的关键.文章主要讨论了开关电源在低频干扰模式下的负阻抗特性,以及负阻抗模式下的不稳定原理和稳定原则.基于滤波器输入电压干扰抑制和反射电流干扰抑制的互偶原理,提出了LC滤波器参数设计流程.设计了一种基于滤波电容器电压波动幅值的LC滤波器参数计算方法,并给出了合理的滤波器失配裕量.该方法具有稳定性高和可靠性高的特点,特别适用于宇航二次电源高可靠需求.最后,依据上述流程和方法设计了一个开关电源模块,并顺利通过了EMC测量验证.     

线牵连续型机械臂运动学分析

以狭小作业空间环境为应用背景,设计了一款线驱动连续型机械臂,并对此机械臂的单段关节和三段关节分别进行了正逆运动学分析。分析了驱动空间、关节空间与操作空间三者之间的关系,对这三种空间映射关系的分析即为连续型机械臂的正、逆运动学分析。分析了多关节段之间的运动学耦合关系,并在此基础上分析了多关节段的逆运动学问题,提出了求取逆运动学解的数值算法。最后在Matlab环境中分别对连续型机械臂单关节段和多关节段的正逆运动学算法进行了仿真验证,实验结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

空间相机上第二代红外探测器驱动电压供电电路设计

文章以空间相机应用为目的,在分析第二代红外探测器驱动电压与输出信号之间相关性的基础上,以某型号第二代红外探测器驱动电压供电电路设计为例,采用高稳定基准电压芯片和低噪声低频运算放大器作为核心器件,提出了以负反馈或电压跟随的电路形式稳定驱动电压供电的方案,并对该方案进行了仿真分析与实验验证.测试结果证实该方案可行有效,能满...     

一种空间机器人用复杂末端执行装置的可靠性验证方法

对空间机器人用末端执行装置的功能展开分析，确定表征产品功能的可靠性特征参数和分布类型，提出一种可靠性试验验证方法。结合空间站机械臂末端执行器给出具体应用验证，包括产品分析、可靠性模型的建立、特征量和分布类型的确定、样本量的选取和故障判据等内容，为其他复杂空间产品的可靠性验证提供思路。该验证方法基于计量型可靠性试验的基本思路，通过极小的样本量完成产品的可靠性验证，大幅缩减研制经费，降低科研成本。     

空间环境模拟设备低温系统研制中的软件应用及参数化驱动设计

为提升空间环境模拟设备的设计效率和用户体验度,针对北京卫星环境工程研究所成功研制或正在研制的地面产品,运用CAD/CAE软件对其低温系统进行三维建模和仿真分析;依托Inventor软件进行二次开发,设计了一款专门的空间环境模拟设备数字化集成设计平台.通过对专业模型参数化驱动技术的研究,给出热沉系统参数化的各主要节点和驱...     

空间微型斯特林制冷机失效分析

斯特林制冷是目前空间红外探测器组件中的关键组成部分．广泛应用于各类空间探测任务。本文初步研究了空间微型斯特林制冷机系统的可靠性，通过对制冷机系统的失效分析。找出了影响其长寿命运行的关键失效模式，并分析了其失效机理。为制冷机系统可靠性的定性分析奠定了基础，有利于开展制冷机系统可靠性增长工作。     

航天大功率电动伺服系统功率驱动设计及验证技术

针对运载火箭30 kW以上功率等级电动伺服控制驱动器的研制要求，设计了一种强环境适应的大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率驱动模组。通过对火箭固体助推发动机工作环境分析，设计了基于光耦驱动器件的功率驱动与保护电路;为有效提升功率驱动模组在高压大电流工作时的可靠性，采用降低功率主回路杂散电感与IGBT有源钳位闭环控制相结合的方法，有效抑制IGBT在大电流关断时的电压尖峰;通过对动力电进行滤波处理，有效解决高压高频信号通过线缆传输时对控制驱动器内、外部的电磁干扰问题;通过IGBT功率驱动电路的单双脉冲测试及连续功率测试，有效验证IGBT功率驱动模组的高压驱动能力，为大功率电动伺服系统的可靠性提供技术支撑。     

空间索杆铰接式伸展臂设计与试验研究

给出了空间索杆铰接式伸展臂的工作原理以及驱动原理,研制了一套空间索杆铰接式伸展臂及其套筒式驱动机构,该驱动机构能够实现顺畅的展开和收拢伸展臂功能。设计制作了重力平衡装置,并且对伸展臂展开和收拢进行了零重力地面模拟试验。对伸展臂展开、收拢过程中临界刚化时刻进行了力学分析和计算。通过试验测试了伸展臂在展开、收拢过程中驱动机构电机输出力矩的变化情况,并与理论分析进行了对比,验证了理论分析的正确性。通过试验分析了重力、展开速度以及伸展臂前端负载质量及惯性扰动对驱动机构动力特性的影响。通过试验测量了伸展臂的重复展开精度,验证了空间索杆铰接式伸展臂具有较高的重复展开精度和定位精度。
关键词:     

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。     

低温技术在国外航天领域应用发展情况

从能量耗散、工作温度两个主要技术指标角度介绍了典型低温光子传感器;从空间制冷机的寿命、所需要的电能分配、质量和防振要求等主要方面介绍在进行航天器低温系统设计时需要考虑的一些因素;从工作温度,制冷量和效率等技术指标角度介绍国外空间低温制冷机的发展状况、发展动态和关键技术研究计划;最后介绍国外空间探测的一些实验研究项目。     

欠驱动余度机械臂的非完整冗余特征研究

欠驱动技术在航天领域有重要应用价值。针对空间机器人系统,研究了欠驱动冗余度机械臂的"非完整冗余"特征和无碰撞路径最优运动规划方法。这种系统对于给定的机械臂末端位姿,其冗余特征不便通过传统意义上的运动学"自运动"来刻画,但是因机构自由度数大于工作空间维数,系统的冗余特征可通过动力学水平的控制体现出来。基于李雅普诺夫方法,提出一种欠驱动冗余度机械臂的无碰撞路径最优规划方法,揭示了这种机器人系统的"非完整冗余"特征,通过平面3连杆机械臂进行了仿真。     

制冷控制软件通用化关键技术研究

制冷控制器是用来驱动和控制机械制冷机的电子学产品,通过控制机械制冷机来保障探测器的工作温度,使探测器获得稳定可靠的探测性能.随着红外探测技术以及低温光学技术的持续发展,制冷控制器的需求逐年增多,另外伴随着制冷技术的日趋成熟,制冷控制器的组成及功能需求相对固定,性能需求逐步收敛.在这一背景下进行制冷控制软件的通用化研究工...