大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。     

非均匀信道增益控制的多载波卫星容量分析

设置转发器最佳增益,减小功放非线性影响,提高系统容量是多载波卫星通信系统容量分析的首要问题。对于数字信道化转发器,采用非均匀子信道增益调整的思想独立设置各信道增益可以有效消除大小载波抑制问题,提高卫星系统容量。为此,提出一种直接计算求解各子信道增益的算法。该方法不需要采用复杂的优化过程以及矩阵求逆,因此适合求解任意数量链路增益。理论推导得到链路最佳发射功率为地面站最大可提供功率,通过直接计算非线性等式即可获得各子信道最佳增益。同时考虑到功率利用率问题,通过选取转发器最佳工作点,在最小转发器输出功率准则下可以有效提高卫星功率的利用率。实验结果表明,该算法在具有与优化算法相近性能的同时降低了求解复杂度。     

全模颤振风洞试验三索悬挂系统多体动力学分析

全模颤振风洞试验需要通过软支撑系统模拟飞行器的自由飞行状态并调整模型姿态达到配平状态。参考NASA双索悬挂方案,提出了一种两电机驱动的三索悬挂系统,利用后方两索的同向/反向联动实现模型俯仰和滚转姿态的调整,利用弹簧刚度以及钢绳张力设计实现支撑频率要求。基于柔性多体动力学方法,建立了包括飞行器刚体模型、柔性索、滑轮、弹簧、气动力模型、伺服电机控制在内的复杂系统动力学模型,其中,利用任意拉格朗日-欧拉（ALE）变长度索单元描述钢绳,利用不约束物质坐标的索结点约束描述钢绳与滑轮相互作用,利用索结点物质输运速度约束描述伺服电机绞盘,利用飞行力学的气动力模型描述吹风下的气动力。基于该模型,通过小扰动响应辨识研究了弹簧刚度、钢绳张力、连接点位置等因素对支撑频率的影响规律,并分析了系统姿态调整能力,俯仰调整范围达到-12.5°~12.5°,滚转调整范围达到-45°~45°。采用滑轮处电位计测量的钢绳相对位移作为反馈信号,基于设计的控制律利用多体动力学求解器与Simulink对风洞吹风下的姿态调整过程进行仿真,模型达到配平状态,获得了吹风下的索拉力和伺服电机功率,为系统设计提供基础。     

表面处理对聚酰亚胺柔性复合材料粘结性能的影响

使用聚酰亚胺(PI)膜和PI纤维编织布制备深空探测用柔性织物复合材料,研究表面处理对PI膜和PI纤维编织布之间粘结性能的影响。采用自制表面处理剂分别对PI膜和PI纤维编织布的表面进行处理,再经硅橡胶胶黏剂粘结制备柔性复合材料。使用T剥离强度试验方法测试柔性织物复合材料的层间胶接性能,并分析复合材料剥离面的形貌状态。结果显示,PI膜和PI织物的表面处理可以显著提高柔性织物复合材料的T剥离强度。其中,PI膜和PI织物未经表面处理时,柔性织物复合材料的T剥离强度为8.9 N/cm。对PI膜进行表面处理,或者对PI膜和PI织物均进行表面处理的情况下,柔性织物复合材料的T剥离强度增加至11.7 N/cm和12.8 N/cm,分别提高了31.5%和43.8%。这表明对PI膜及PI织物进行合理的表面处理,可以显著提高柔性织物复合材料的胶接性能。     

绝缘子清扫机器人的动力学建模及轨迹优化

研究了支柱型绝缘子带电清扫机器人伸缩臂运动引起升降臂振动的问题，将升降臂和伸缩臂分别建模为柔性臂和刚性臂，形成末端具有移动刚体的柔性臂系统，在假设模态法的基础上建立了系统的Lagrange动力学模型，建模考虑了大多数柔性臂模型忽略的重力和非线性耦合的影响，分析了伸缩臂全局运动与升降臂局部振动的相互影响。提出一种单变量优化方法，以升降臂的残余变形能为性能指标，优化伸缩臂的运动轨迹，降低升降臂的残余振动。应用该方法对梯形速度曲线进行了优化，结果表明可以有效地控制升降臂的残余振动。该方法计算量小，便于在线实现。     

行星采样柔性机械臂运动规划研究

为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。     

大行程解耦三平动微定位平台的设计与优化

为设计具有大行程与良好解耦特性的三平动微定位平台,提出了一种新型2T3R型运动副。基于2T3R型运动副,设计了三平动微定位平台的结构;采用非线性模型法建立了平台力-位移关系与丢失运动的理论模型,并采用拉格朗日方程建立了平台固有频率的理论模型;采用目标规划法对三平动微定位平台进行了参数优化;通过有限元仿真验证了理论模型的正确性。理论计算与仿真研究结果表明:平台一阶固有频率为51.27 Hz,在1 mm运动行程内,x、z轴方向的丢失运动分别小于0.67%、0.20%,输入与输出完全解耦。研究结果证明了运动副、平台结构设计的有效性及优化模型的可行性。      

多关节轻型机械臂的设计研究

根据现有空间机械臂的结构特点,参照几种轻型机械臂的设计,设计了一种两自由度机械臂运动模块,并根据此模块研制了一台6自由度空间机械臂。运动模块由两个相邻关节轴线正交的关节组成,关节内部没有驱动器。机械臂内有一根高速主轴,为各个串联关节提供动能。机械臂控制系统采用上下位机方式,上位机根据虚拟场景仿真的运动轨迹发出控制指令给关节控制器,下位机根据关节状态表控制离合器组输入关节的能量。为确定机械臂在工作过程中的强度和稳定性,建立了机械臂的有限元模型,分析了其工作态的应力情况和动态特性。仿真结果表明,机械臂在工作态有足够的强度,在抓取的过程中,机械臂固有频率远离激励源的激励频率,无共振现象。通过多关节联动,机械臂可实现多种组合姿态,适用于在轨维修、加注等复杂空间任务。     

柔性多体撞击系统的精细H∞控制研究

本文在柔性多体撞击系统动力学方程的基础上 ,将撞击看成是一种扰动 ,设计了一个稳定的控制器以使撞击扰动对控制输出的影响达到最小的目的 ,在分析过程中采用 H∞ 控制原理对该问题进行了研究。在计算中 ,将精细积分法应用于状态动力学方程和 Riccati方程的求解中 ,使计算精度得到大幅度提高。最后通过数值例题说明了本文方法的有效性     

面向飞机部件的柔性多点支撑技术研究

针对传统刚性部件支撑工装的问题,借鉴多点技术在板料多点成形方面的成功经验,提出以具有三坐标自由度的柔性支撑装置为基本单元组成柔性多点支撑系统的飞机部件支撑方法。