分布式航天器应用系统编队构形优化设计一般方法

从系统性能优化角度出发，提出分布式航天器应用系统编队优化设计一般方法，将其概括为求解一个优化问题。根据系统任务要求，建立通用目标函数，用性能指标的加权和来表示；选取优化问题的决策变量，用编队设计变量的矢量组合表示；以基线矢量过渡，建立性能指标与编队卫星设计变量的关系，进而建立优化问题的目标函数与决策变量的关系，得到完整的优化问题描述；采用遗传算法求解。针对主星带辅星群体制分布式干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic aperture radar，InSAR）系统进行仿真编队优化设计，并与干涉车轮和钟摆进行仿真分析比较，仿真结果验证了优化设计方法的有效性和正确性。     

空间挠性结构的Stewart平台主动基座振动控制

研究基于Stewart平台主动基座的挠性结构振动控制。首先,建立含Stewart平台主动基座的柔性梁刚柔耦合动力学模型;随后,在模态空间上分别针对挠性结构的一阶和二阶模态设计由线性扩张状态观测器(LESO)和PD控制器组成的自抗扰控制器(ADRC);最后,基于独立模态控制(IMSC)中的模态滤波器从物理坐标中提取模态坐标,建立振动主动控制实验系统,基于模态空间的自抗扰控制方法完成挠性结构的前两阶模态振动主动控制实验。研究结果表明,利用Stewart平台作为主动基座,采用自抗扰控制方法实现挠性结构的振动抑制是一种高效的振动主动控制方法,在空间振动主动控制领域具有广阔的应用前景。     

空气弹簧支撑的Hexapod微激振平台自动调平研究

Hexapod微激振平台具有负载重量大和振动量级小的特点,为了实现精确卸载、作动器小量级精密控制,研制了基于空气弹簧支撑的Hexapod微激振平台。该平台包括负责工作状态承载的4点梯形分布的空气弹簧柔性支撑和负责非工作状态承载的3点刚性辅助支撑两部分。针对该平台自动调平控制的两大问题:即柔性支撑与刚性支撑之间存在的力耦合以及气路控制中存在的非线性和时延性,提出了连续充气和脉冲充气相结合的开关控制策略。为验证自动调平控制的可行性,在负载重量约为200 kg的Hexapod微激振平台上进行试验,结果表明,平台可在140 s内实现自动调平,且6个作动腿位移误差不超过1 mm。     

复杂结构振动控制设计与仿真方法研究

为了避免在建立结构数学模型过程中因简化和降阶引起的模型误差,解决复杂结构建模难的问题,提高控制器设计的准确性,提出了一种新的基于有限元法(FEM)的结构振动控制设计方法.该方法可借助于商用结构有限元分析软件来实现,简便易行,在PATRAN/NASTRAN环境中利用PATRAN命令语言PCL(Patran Command Language)建立了通用结构控制仿真平台.通过对压电自适应桁架结构的振动控制进行控制设计仿真和实验验证,证明了新方法的有效性;与Simulink使用简化模型的仿真结果相比,新方法的结果与实验结果更为接近,表明其准确性更高.该方法适用于对处在设计阶段的复杂结构进行控制设计与仿真评估.      

柔性自适应桁架及其振动最优控制实验

基于dSPACE系统和所研制的锆钛酸铅(PZT)压电作动器,建立了第一阶频率低达5Hz的三棱柱自适应桁架实验平台,通过有限元建模和实验参数修正,利用异位加速度反馈信号进行了线性二次型Gauss(LQG)最优反馈控制实验和仿真.结果表明:对比无控状态,采用最优控制只需很小控制电压,可使桁架在低阶典型频率激励下的振幅降低90%以上;而当桁架受扰动后,振动衰减时间减少超过80%;验证了实验平台配置的合理性和所研制的PZT压电作动器、控制模型的有效性;控制数值仿真与实验在加控前后振幅抑制程度相同,控制仿真与实验中振幅衰减过程的差别通过激振过程仿真与实验的对比得到了阐明.     

大行程Hexapod平台及其隔振实验

为提高车载、机载光学设备在低频大振幅扰动环境中的观测精度,研制了具有6自由度振动隔离能力的大行程主动隔振平台.平台主动元件采用直线电机,并针对隔振任务设计了无间隙万向节结构.隔振平台采用6-UPS并联机构Hexapod构型,具有30 kg承载能力,上平面可进行±30 mm平动和±8°转动.Hexapod平台控制方法采用PID(Proportion-Integral-Derivative)定位控制和X滤波自适应逆振动控制结合的方法.对Hexapod平台进行3～20 Hz垂直方向正弦振动隔离实验结果显示,平台对基座振动的振幅隔离幅度高于90%,对5～20 Hz频段随机振动隔离实验结果显示,隔振前后上平面振幅峰峰值下降78%.     

航模直升机飞行控制系统的设计与实现

针对40Kg级的航模直升机的技术特点,构建了飞行控制系统的硬件架构,研制出来了基于DSP和ARM双CPU系统的飞控计算机;详细介绍了基于μC/OS-Ⅱ实时操作系统的DSP/ARM双系统的机载飞控软件架构和功能模块;最后,鉴于直升机控制的技术难度和航模直升机特殊的飞行特点,对航模直升机的控制思想、控制策略以及飞行试验提出了自己的认识和实施路线。     

优化与人机交互设计方法及其在结构设计中的应用

 对于复杂的工程结构设计,除了要满足各种力学条件之外,往往还有许多制造与使用方面的要求,由专家的经验来判断和处理往往更为合理。因此,采用优化与人机交互相结合的设计方法,可以取长补短而获得更为合理和实用的结果。     

考虑斜拉索松弛的盘绕式伸展臂振动模型

盘绕式伸展臂展开后,由于预紧力的作用,横杆被压缩至弯曲状态,同时斜拉索张紧.振动幅度较大时,斜拉索会松弛.以建立一种可以描述上述情况下盘绕式伸展臂基频特性的模型为目的,针对弯曲横杆及可松弛斜拉索做了如下处理,用较小的弹性模量及相应的预应变来模拟横杆受压弯曲后刚度较小,并具有预应力的特点;用一根可拉压杆模拟两根交替松弛的斜拉索.按照上述思想将松弛前后的盘绕式伸展臂作为两种结构,分别在Ansys中建立模型,计算得到这两种结构的基频.之后将伸展臂等效为满足分段线性刚度特性的连续梁模型,其分段刚度对应斜拉索松弛前后两种结构.结合有限元模型得到的斜拉索松弛判据,建立振幅较大时盘绕式伸展臂的振动方程.使用等价线性化方法,得到盘绕式伸展臂等效频率随端部振幅的变化关系,并用Ansys的瞬态分析对上述等效频率结果进行了仿真验证.上述模型及结果可以作为盘绕式伸展臂的设计指导及振动控制的理论基础.      

蒙脱土纳米增强二苯醚亚苯基硅橡胶的阻隔性能研究

进行有机蒙脱土对二苯醚亚苯基硅橡胶纳米增强改性的研究。利用FTIR,XRD和TEM进行组织结构分析并测试耐辐照、耐液体溶胀和气体阻隔性能。结果表明,钠基蒙脱土(Na-MMT)经插层剂三十六烷基甲基溴化铵处理后,得到有机化蒙脱土(OMMT),OMMT的层间距比Na-MMT提高近65%;OMMT在橡胶复合材料中主要呈现纳米插层结构分布;二苯醚亚苯基硅橡胶纳米复合材料的耐辐照、耐液体溶胀和气体阻隔性能得到明显提高,其原因乃源于蒙脱土片层结构的阻隔性能形成的纳米阻隔墙效应。