挠性结构卫星物理仿真试验研究

本文叙述挠性结构卫星物理仿真技术及试验研究的有关问题，主要介绍单轴气浮台仿真试验系统的设计和部分仿真试验结果。     

基于RO-NUIO/LMI的挠性卫星轨控期间姿控系统故障诊断

卫星轨控期间,由于推力偏心,会产生较大的干扰力矩,直接影响卫星姿态。针对轨道控制期间的挠性卫星姿态控制系统,设计了干扰解耦的降阶非线性未知输入观测器(RO-NUIO),用于故障检测与故障隔离。在设计过程中,首先通过坐标变换,使得不可观的状态及部分可观状态不受干扰影响,然后针对不可观的子系统利用可观状态的信息设计观测器,观测器中的部分参数利用LMI方法获得,可以弱化非线性部分对观测器的影响。所设计观测器的存在条件仅依赖于系统本身特性,无需在线验证。观测器采用降阶设计,同时借助LMI思想,结构简单,适合于非线性卫星姿态控制系统。仿真结果验证了降阶非线性未知输入观测器实现卫星姿态控制故障诊断的可行性与有效性。     

受扰挠性卫星角动量反馈控制

将动量轮角的动量测量信息引入反馈控制系统,给出角动量反馈控制器的具体形式,证明了挠性卫星闭环系统稳定性,并分析控制系统对周期性干扰的抑制特性以及系统稳态精度,最后给出数学仿真结果.     

柔性航天器高精度隔振与定向研究

随着大型航天器柔性越来越大,结构越加复杂,导致低频柔性模态密集,但同时需要极高的定向精度及姿态稳定度, 这就对航天器姿态控制系统提出了更高的要求。本文采用拉格朗日法建立了柔性航天器姿态轨道耦合动力学模型,并设计了大角度机动航天器的姿态控制器。Lyapunov定理给出闭环系统的稳定性,在0.03Nm均方根的白噪声扰动下,大角度机动姿态角误差小于0.02°,均方根误差0.003°, 为了抑制姿态抖振,设计了复合控制器,采用Stewart平台对敏感载荷局部高精度主动隔振和定向,局部控制后敏感载荷的定向误差小于0.0001°,均方根误差0.000036°。鲁棒 Η ∞ 控制器对Stewart平台主动镇定时,姿态抖振小于0.000002°,均方根误差小于 0.0000008° ,姿态稳定度优于0.00001°/s。     

挠性航天器混合H2/H∞输出反馈姿态控制（英文）

研究一类带有挠性附件的航天器的H2/H∞输出反馈姿态控制问题,所涉及的挠性航天器由刚性本体和挠性附件构成。由于挠性附件的振动和航天器本体姿态运动的耦合,再加之振动模态难以测量,对挠性航天器的姿态控制带来困难。针对该问题提出了基于H2/H∞理论的动态输出反馈控制器设计方法。动态输出反馈在模态变量不能测量的前提下也能有效控制航天器本体姿态,而H∞控制器具有很好的抗干扰能力,能有效抑制空间环境干扰力矩和模型不确定性对控制系统稳定性的影响。和纯H∞输出反馈控制算法相比,基于H2/H∞的设计同时提高系统的动态性能。数值仿真验证了所设计的控制方法对挠性航天器具有很好的姿态控制效果。     

机匣包容试验的叶片根部爆破飞断方法

在航空发动机包容试验中,为满足叶片在根部失效的要求,设计了基于爆破切割技术的叶片根部飞断试验方法。通过平板静态爆破试验确定了柔爆索的切割能力,并使用柔爆索进行了真实叶片的静态爆破试验。在MTS拉伸试验机上对爆破切割后的损伤叶片进行了静拉伸试验,确定了损伤叶片的剩余强度为50～56 kN。按照静态爆破试验获得的开槽尺寸在叶片根部开槽并敷设柔爆索,采用树脂胶固定后,在立式转子试验器上采用遥控触发的方式进行了真实叶片旋转状态下的飞断试验。结果表明：在叶片两侧加工4 mm深沟槽并敷设柔爆索爆破后,叶片被柔爆索切割,并在预定飞断转速下失效飞出。飞断截面断口显示叶片中段被柔爆索的金属射流完全切断,前后缘在离心载荷作用下拉断,爆破作用没有对叶片产生附加动能,成功实现了叶片在预定转速下的根部断裂失效。     

压电智能结构和反馈控制的集成优化设计

针对挠性结构振动控制中智能材料的特性,综合考虑压电敏感器/致动器的位置、尺寸、质量及其对挠性结构刚度特性的影响和控制律,建立系统状态空间模型,提出一种新的优化配置的性能指标和集成优化设计方法。运用李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统的全局渐近稳定性,性能指标的最小值可取为相应矩阵的迹而不依赖于系统的初始状态。采用遗传算法寻优,数值仿真结果表明,该设计方法能够快速的抑制系统的振动。     

双柔性机械手搬运刚性物体的协调控制研究

采用负载分配方法,将双柔性机械手协调搬运物体的控制分解为两个等效柔性机械手的运动与力混合控制的问题,同时表明当负载分配系数为常数时等效柔性机械手具有柔性机械手相同的动力学特性。然后通过等效刚性机械手的逆运动学求解出两等效柔性机械手的期望运动轨迹,并且采用输出重定义设计出两等效机械手的运动近似跟踪控制和力控制算法;最后,通过双柔性平面机械手协调搬运物体的仿真实例,说明了所提出的控制方案在柔性机械手协调控制中的有效性。     

未来飞机装配工厂的典型场景

随着数字化技术、机器人技术、工装技术和测量技术的飞速发展,我们已经可以窥见未来飞机装配工厂的一些雏形。未来飞机装配工厂中应该能够看到这样一组场景:机器人总动员、全民公转、乐高大电影、脉动时空、激光大世界、无人之境。到那时,飞机装配工厂本身就可以称为一座航空主题乐园,向人们展示航空科技的无限魅力。     

A deformation model of flexible,HAMR objects for accurate propagation under perturbations and the self-shadowing effects

A new type of space debris in near geosynchronous orbit (GEO) was recently discovered and later identified as exhibiting unique characteristics associated with high area-to-mass ratio (HAMR) objects, such as high rotation rates and high reflection properties. Observations have shown that this debris type is very sensitive to environmental disturbances, particularly solar radiation pressure, due to the fact that its motion depends on the actual effective area, orientation of that effective area, reflection properties and the area-to-mass ratio of the object is not stable over time. Previous investigations have modelled this type of debris as rigid bodies (constant area-to-mass ratios) or discrete deformed body; however, these simplifications will lead to inaccurate long term orbital predictions. This paper proposes a simple yet reliable model of a thin, deformable membrane based on multibody dynamics. The membrane is modelled as a series of flat plates, connected through joints, representing the flexibility of the membrane itself. The mass of the membrane, albeit low, is taken into account through lump masses at the joints. The attitude and orbital motion of this flexible membrane model is then propagated near GEO to predict its orbital evolution under the perturbations of solar radiation pressure, Earth’s gravity field (J₂), third body gravitational fields (the Sun and Moon) and self-shadowing. These results are then compared to those obtained for two rigid body models (cannonball and flat rigid plate). In addition, Monte Carlo simulations of the flexible model by varying initial attitude and deformation angle (different shape) are investigated and compared with the two rigid models (cannonball and flat rigid plate) over a period of 100?days. The numerical results demonstrate that cannonball and rigid flat plate are not appropriate to capture the true dynamical evolution of these objects, at the cost of increased computational time.