改进型负输入整形与最优控制结合的振动抑制方法

针对诸如柔性机械臂这类柔性系统的主动振动控制问题,提出了基于改进型负输入整形和最优控制结合的振动抑制方法。以柔性机械臂为研究对象,设计最优状态反馈控制实现其旋转机动任务及柔性振动抑制。为增强柔性振动抑制效果和改善系统的运动时间,根据引入线性二次型调节器(LQR)反馈后整个闭环系统的振动频率和阻尼比设计改进型负输入整形器作为前馈控制器。将前馈控制与反馈控制相结合能发挥其各自的优点,提高系统的性能。仿真分析结果表明,所设计的混合控制策略可以有效地抑制柔性振动,且可以减少系统响应时间的延迟和加快系统响应速度。     

复杂机械结构模糊有限元优化

运用模糊数学和有限元理论,以哈尔滨锅炉厂生产的全量型安全阀阀体为例,进行复杂机械结构的设计分析和模糊优化.基于VC.NET平台及ANSYS提供的APDL语言,开发虚拟环境下的阀体模糊有限元结构设计的主模型,对于复杂、难于掌握的ANSYS命令流进行后台封装,大大减小了复杂机械结构模糊优化分析的工作量.在满足密封性和强度的工程要求下,经过12次迭代运算,阀体结构质量下降了17.5%.对比优化及模糊优化的各参数值表明,采用模糊优化能够使阀体结构在一定刚度范围内密封性提升及中心轴线的偏移量减小,结构形式和尺寸更合理.     

空间望远镜层合材料镜片展开过程非线性动力学行为分析

为了研究空间望远镜柔性子镜展开过程对镜片型面精度和望远镜系统的扰动问题,以花瓣式可展开空间望远镜抛物层合镜片为研究对象,基于绝对节点坐标法,采用考虑初始形态曲率的曲壳单元对镜片的形变位移进行描述,表征了层合镜片几何非线性关系与材料非线性关系下的应变和应力关系。利用虚功原理推导了傍瓣子镜展开过程的耦合动力学方程,考虑了镜片弹性变形与大范围运动的耦合作用。针对使用的曲壳单元和传统建模方式,分别对镜片展开过程进行仿真分析,结果表明使用绝对节点坐标法更有利于描述柔性体大变形与大范围运动的耦合,壳单元在描述曲壳结构时更加精确。铰链驱动力矩能够激发镜片的振荡,特别是在多镜片同时展开时,多柔体的耦合作用会严重影响镜面的型面精度,进而扰动卫星本体的姿态。结论对空间望远镜的镜面精度和姿态精度的分析与控制具有理论价值和工程实际意义。     

在轨替换单元杆锥式三维碰撞动力学行为

为研究在轨替换单元与目标航天器定位导向过程中的接触碰撞动力学行为,以配备有杆锥式定位导向结构的目标航天器与在轨替换单元（ORU）为研究对象,考虑定位导向机构的结构特点与实际定位过程的位姿状况,建立了航天器与ORU定位导向过程的三维碰撞动力学模型（NE-CR-LN三维接触动力学模型）,并推导了三维空间中锥杆间碰撞检测方程。该模型应用矢量分析方法,考虑锥杆导向系统的自身特点将其划分出四种不同的接触工况。通过将模型数值结果同LS-DYNA仿真结果及文献模型进行对比分析,验证了NE-CR-LN动力学模型的正确性。针对ORU的定位要求,进行典型定位导向工况下的接触碰撞仿真及试验分析,导向仿真过程和动态分析结果表明,NE-CR-LN三维接触动力学模型可以在一定条件下模拟实际接触碰撞过程。     

层合壳反射面星载天线大范围指向行为特性分析

为了研究柔性反射面几何非线性和耦合效应对大范围运动星载天线的精确动力学行为,以多层层合间结构特性的反射面为研究对象,采用三节点壳单元结构对反射面变形位移进行精确描述,并考虑天线大范围运动和反射面厚度方向变形、横向、侧向弯曲变形以及扭转变形的耦合作用,利用Lagrange方法推导大范围运动星载天线的精确非线性动力学模型,所建立模型包含层合间的结构特性与非线性耦合项。针对线性模型和非线性模型,分别对星载天线系统进行仿真对比分析,结果表明,线性模型过早忽略几何非线性和耦合变形作用,随着转动角速度增大,动力学特性将产生差异,而非线性模型适合于大范围柔性反射面天线指向过程,可精确地预测星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

含间隙卫星天线双轴机构动态磨损特性研究

卫星天线双轴驱动机构是天线系统实现精确定位的关键组件,磨损间隙是影响天线指向精度及寿命的主要因素.采用非线性弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用Coulomb摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用,进而建立了含间隙双轴机构的动力学模型,对其进行动力学仿真,提取出接触碰撞时的动力学参数,基于Archard's摩损模型计算运动副间隙的动态磨损量,从而得到间隙运动副的动态磨损特性,为进一步研究非规则时变间隙对卫星天线系统动态性能的影响提供基础.     

柔性天线面对星载天线的扰动研究

针对柔性天线面对星载天线的扰动问题,应用固定界面模态综合法和Lagrange方程,截取柔性天线面低阶模态,缩减星载天线系统的自由度,并通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,克服了忽略天线面弹性变形对刚体大范围运动的影响,所建立的耦合动力学模型计算效率高并具有足够的精度。考虑天线面为刚体和柔体情况,分别对星载天线系统进行仿真并进行对比分析,结果表明,初始时刻柔性天线面对卫星本体姿态和天线指向影响很小,随着关节力矩持续作用,激起柔性天线面震荡,加剧自身的弹性振动,进而引起星载天线的抖动,造成卫星位姿和天线指向偏差变大,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

柔性关节动态误差对星载天线扰动及控制

柔性关节动态误差的非线性因素影响卫星的姿态控制和星载天线对目标的指向精度.基于此,建立漂浮基座星载天线的动力学模型,推导柔性关节动态误差非线性动力学模型,分析柔性关节动态误差对星载天线的扰动影响,并提出星载天线指向轨迹跟踪非线性控制器算法,利用Lyapunov理论证明所提出的算法是渐近稳定的.结果表明,阻尼和刚度相同情况下,当关节存在动态误差时,即使幅值很小,但作为激励将产生不可预知的振动响应,产生强烈的力矩和速度波动;通过合理选取控制器参数可抑制其扰动,可完全补偿柔性关节的动态误差.结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义.     

基于空间算子代数的星载天线机构动力学计算

针对星载天线双轴定位机构的空间漂浮基无根树多体系统动力学实时仿真及控制系统设计的需要,应用空间算子代数(SOA)理论进行多体系统动力学建模和仿真;提出了SOA描述的动力学递推及求解算法,并面向对象思想定义多体系统数据结构,进行了动力学计算流程设计.所提方法形式直观、便于推导、物理意义明确及达到了O(n)计算效率.通过与...     

卫星太阳阵展开锁紧过程冲击振动

为了研究铰链副对卫星太阳阵展开过程接触碰撞的扰动影响,针对其链式拓扑结构漂浮基无根树特点,描述其运动学关系,并利用Largrange和Newton方法推导太阳阵系统递推动力学模型,克服了非线性多自由度系统获得解析解的困难;进一步通过动量守恒,并采用非线性弹簧阻尼及摩擦的接触碰撞约束力,构建太阳阵展开过程的广义动力学模型。通过太阳阵展开过程的接触碰撞数值仿真,研究铰链副接触碰撞对卫星太阳阵多体系统的影响,结果较好地预测了太阳阵展开历程及卫星姿态的动态行为,结论对卫星太阳阵展开过程分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。