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国防科学技术大学
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摘要:提出了作动器和传感器配置优化和分散化自适应控制方法以解决桁架系统的振动控制问题.建立了主动杆的机电耦合方程,提出了不依赖于控制方法的优化准则,采用遗传算法得到了作动器和传感器在大型空间智能桁架系统中的最优位置.而且设计了一种分散化自适应模糊振动控制器来控制大型空间智能桁架系统.推导了大型空间智能桁架系统考虑剩余模态影响的动力学方程,利用滑模控制方法改进了自适应模糊控制方案,并以T字型桁架结构为例进行了验证性实验.实验结果表明,遗传算法对于作动器和传感器的配置优化是可靠的、有效的,自适应模糊控制器能有效地抑制大型空间智能桁架系统的振动,且没有控制溢出和观测溢出问题....
[博士论文] 刘望
航空宇航科学与技术 国防科学技术大学 2013(学位年度)
摘要:索网天线是航天任务发展中提出的一类新型大型挠性航天结构,对于高分辨率电子侦察、高质量卫星通信等空间任务具有十分重要的意义。该类天线结构具有质量轻、收纳率高、适应口径范围大等优点,是一种理想的星载可展开天线结构形式。然而,其形面精度是天线性能的主要影响因素。在天线的设计、制造和在轨飞行阶段,存在多种因素影响着天线的形面精度。由于这类天线结构具有形状与内力相互耦合、位移与应变呈非线性关系等特征,开展其形面误差特性分析是一项极具挑战的难题,目前国内外关于高精度网面构形确定理论和系统形面误差分析方法的相关资料尚不多见。本文针对未来空间任务对更大口径、更高精度索网天线的迫切需求,从理论分析、数值仿真和地面实验三个方面,系统地开展了星载大型索网天线结构网面构形理论、非线性动力学建模、形面误差分析等研究。本研究主要内容包括:
  ⑴研究了索网天线结构网面构形确定的基本理论问题,在此基础上提出了索网天线结构高精度网面构形确定方法。通过全面分析影响索网结构最终网面构形的各种因素,如网面几何拓扑形式、边界连接条件和网面构形确定准则等,构建了复杂索网结构网面设计与构形确定的理论基础。将竖向张力索的张力等价为外力,提出了索网天线结构网面构形确定的基本方法;在此基础上,考虑环形支撑桁架结构的挠性特征,提出了计及桁架变形影响的精确网面构形确定方法;进一步以天线整体结构为对象,提出了适用于主焦和偏置抛物面天线的高精度整体构形确定方法。针对所提出的循环对称法、拓扑映射法等网面构形确定新方法,开展了相应的数值仿真分析。结果表明:循环对称法适合于生成任意多边形分块的网面构形;拓扑映射法适合于生成不同网格密度的三角形分块网面构形;而计及桁架变形影响的精确网面构形确定方法适合于高工作频段索网天线的网面构形生成。
  ⑵研究了索网天线整体结构的非线性动力学建模问题。采用几何非线性有限元方法,分别推导了含内张力绳索和含内压力桁架杆的非线性单元模型,较好地考虑了结构内力对刚度矩阵的影响。按照从单元到部件、再从部件到系统的建模思路,建立了含内力的大型索网天线结构的几何非线性动力学模型。分析了索网天线结构的动力学特性及其影响因素。结果表明:提高网面内张力可使天线结构刚度增大,固有频率提高;而考虑桁架结构中内压力的影响后,天线结构的整体频率有所降低。
  ⑶研究了索网天线结构的形面误差分析方法问题。针对绳索变化引起的天线形面误差问题,提出了张紧索网模型和张紧桁架模型两种计算模型。其中,张紧索网模型考虑了绳长变化引起的网面内张力变化,具有较高的计算精度;而张紧桁架模型相对简单,具有更高的求解效率。针对在轨飞行条件引起的网面变形问题,提出了两种变形预测方法,包括基于有限元模型的迭代方法和基于整体切线刚度模型的迭代方法。研究表明:基于有限元模型的迭代方法能够准确地预测多种空间载荷作用下天线整体结构的变形,但计算过程较为复杂;而基于整体切线刚度模型的迭代方法无需进行有限元组集,求解过程相对容易,但仅适用于单独的索网结构。利用所提出的计算模型和方法,开展了初始绳长制造误差和在轨飞行条件引起的形面误差数值仿真分析。结果表明:初始绳长制造误差会造成天线形面精度一定程度的下降;空间环境因素中,地球非球形摄动力等摄动载荷对天线结构形面精度的影响极小,可忽略不计,而热载荷是显著影响天线形面精度的一项重要因素;航天器飞行状态变化(如快速轨道机动等)对天线形面精度也有较大影响。
  ⑷开展了索网天线结构网面变形特性的实验研究。依据所提出的网面构形确定方法,设计并建造了口径为1.225m的索网天线结构件,并建立了索网天线结构变形测量实验系统;开展了索网天线结构的形面精度测量实验及网面变形测量实验。实验结果表明:索网天线结构件的形面精度测量值与设计指标吻合较好,表明了所提出网面构形确定方法的有效性;天线结构网面变形测量值与预测值之间的相对误差较小,从而验证了所提出的变形预测模型的正确性。通过上述研究,为索网天线这类大型复杂挠性航天结构的网面构形确定、动力学特性分析以及形面误差特性研究提供了理论与方法,也为星载大型索网天线结构的设计、制造及应用提供了理论依据和技术支持。
[期刊论文] 李东旭 刘望 蒋建平
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CSTPCD CSCD CBST
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摘要:航天器空间桁架结构在太空特殊物理环境下的振动控制问题是航天技术中的一大难题,为探讨阻尼被动控制技术的有效程度.首先从理论上分析黏弹性材料(VEM)的阻尼作用机理,由此设计一种双夹层圆柱式黏弹性阻尼器(VED),研究VED阻尼杆在桁架中的最佳位置配置问题,并推导阻尼桁架结构的动力学方程,结合VEM的阻尼特性分析结构的动态品质.最后以一字型桁架为例,对VED阻尼被动控制效果进行仿真分析,结果显示在共振区内桁架的振幅衰减达35%,可取得良好的控制效果....
[专利] 发明专利 CN201610830338.9
摘要:本发明公开了一种激光光束测量与指向控制实验系统,涉及光机电一体化控制实验系统技术领域。所述激光光束测量与指向控制实验系统包括高精度光学反射镜、压电微驱动器、激振器、信号采集子系统、激光发射器、分束镜、快反镜、机械隔振气浮台、光学隔振气浮台、数据处理与分析子系统以及各子系统、元器件之间的数据传输线和电源线等。该实验系统以激光光束偏转角为控制变量,既能精确测量激光光束偏转角,又能同时通过压电微驱动器抑制高精度光学反射镜本身振动和通过快反镜直接调整出射激光光束指向,提高了光束指向控制精度。本发明具有系统结构简单、操作简便、作动机构体积小质量轻的优点,还可用于微小振动的高精度测量。
[专利] 发明专利 CN201710180888.5
摘要:本发明提供一种曲面式柔性航天多功能结构计算机,通过将电源、CPU、数据存储、人机交互、现场总线等功能电路重构成多个多芯片模块(MCM)及MCM插件;以航天器曲面结构确定该结构计算机的拓扑构型;再以该拓扑构型为基础设计柔性连接电缆,实现各MCM之间的柔性连接;最后将该系统与航天器曲面结构相结合,从而形成有源电子线路与航天结构机械构型相融合的新型一体化柔性多功能结构计算机。本发明实现了电控、热控与结构体的一体化设计,从而有效地解决了现有星载计算机设备中的体积臃肿问题,可大幅降低系统的寄生质量,提高功能密度,并扩大航天器的内部装载空间,特别适宜于一类具有结构轻量化和大装载空间要求的航天器。
[专利] 发明专利 CN201610396781.X
摘要:一种基于肌电信号的操作者手部行为感知系统,包括肌电腕表装置和接收处理终端;所述肌电腕表装置包括弹性腕带以及设置在弹性腕带上的各功能模块,功能模块包括肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元和供电单元;所述接收处理终端包括无线接收单元以及信号分析模块;信号调理单元对肌电电极采集的肌电信号进行放大和滤波处理后输出给信号处理单元进行模数转换并缓存,处理后的肌电信号数据经无线发送单元将发送给接收处理终端,接收处理终端能够对肌电信号数据进行处理和分析,得到操作者的操作手势。本发明能够有效识别操作者的手势信息,并且具有信噪比高、能耗低等优点。
[专利] 发明专利 CN201610227607.2
摘要:本发明提供一种多功能星箭适配器,包括用于与卫星相连接的上接口、用于与运载火箭相连接的下接口以及多根阻尼杆。所述星箭适配器安装于卫星与运载火箭之间,既能传递火箭提供的推力,实现结构承载功能,又能起到隔振作用,即在发射过程中隔离或降低从火箭传递到卫星上的各种振动和冲击载荷,从而有效改善卫星的动力学环境,实现对卫星的保护。本发明集承载和隔振功能于一体,且质量轻,无需外界供能,适于航天工程应用。
[专利] 发明专利 CN201610365206.3
摘要:本发明提供一种薄膜结构变形测量与控制实验系统,包括薄膜结构试验件、变形测量系统、变形控制系统和监视控制系统;所述薄膜结构试验件包括薄膜阵面以及能够调整薄膜阵面形面的调整机构,所述变形测量系统包括两台摄影测量相机,采用两台摄影测量相机在两个不同角度拍摄薄膜阵面,将拍摄到的图像发送至监视控制系统,监视控制系统通过图像处理获取薄膜阵面的三维形面数据并将该数据传输给变形控制系统,变形控制系统根据三维形面数据计算薄膜阵面所需调整量,并驱动调整机构调整到指定位置,进而实现薄膜阵面的平面度控制。本发明能够模拟真实被控对象,对采用的控制方法进行充分验证,克服了理论仿真验证可信度不高的问题。
[专利] 发明专利 CN201610362822.3
摘要:本发明提供一种基于波长的微振动分析有限元建模单元尺度确定方法,步骤S1:确定平台结构所受激励的频率范围,并以最高激励频率的1.5~2倍作为基准频率。步骤S2:分析卫星平台结构系统的组成,选择平台结构系统中的典型结构作为基本的建模对象,并计算各种典型结构的等效力学参数。步骤S3:确定各种典型结构中振动波在其中的传递速度。步骤S4:根据波速计算平台结构中各种典型结构中振动波的最短波长。步骤S5:在最短波长内取离散点数为20~25,进而得到平台结构中各种典型结构在建模时的单元尺度。本发明得到的单元尺度可直接用于平台结构的有限元建模,在保证模型计算精度收敛的同时,可以有效减小计算代价。
[专利] 发明专利 CN201610303792.9
摘要:本发明提供一种多功能结构动力学参数确定方法,该方法首先利用多功能结构中弹性块试验数据确定弹性块超弹性本构模型参数;将超弹性模型参数代入只考虑弹性块作用的多功能结构动力学模型,通过加速度扫频试验数据,计算得到弹性块粘弹性本构模型参数;然后是将得到的超弹性模型参数和粘弹性模型参数代入考虑弹性块和弹性垫作用的多功能结构动力学模型,根据有弹性垫作用的频响试验曲线,确定得到弹性垫的力学参数;本发明提供的方法既能提高多功能结构动力学模型参数确定精度,又能有效减小计算代价。
[专利] 发明专利 CN201710220847.4
摘要:本发明提供了一种新概念航天多功能结构地面模拟演示验证系统,涉及航天器结构设计领域。该系统主要由多功能结构单元(MFSU)、数据处理单元(DPU)、电源管理单元(BMU)、放电负载、地面专检设备、地面专检计算机、地面监控计算机以及显示投影系统等组成,其中MFSU、DPU、BMU等单机与地面专检设备构成了一颗模拟卫星。该系统可实现多功能结构单元的充/放电功能及系统的减振功能演示与验证。本发明能够全面展示一种集承载、减振与能源等功能于一体的航天多功能结构的各项新功能与新技术,突出其先进复合材料技术、固态锂离子电池技术和结构减振技术,展示其卫星结构与电源分系统一体化融合的优势。
[专利] 发明专利 CN201610303550.X
摘要:本发明提供一种多功能弹性连接件的制备方法,弹性连接件采用一种高分子弹性材料——乙烯基封端聚二甲基硅氧烷材料制成,具体由材料生胶基体(A料)与含氢硅油交联剂(B料)按照A:B=100:(3~5)的比例、同时加以20%~50%的白炭黑添加剂和0.1%~0.5%的氯铂酸催化剂通过一定制作工艺流程加工得到。该连接件以预压紧方式与被支撑结构连接,既能支撑结构和传递约束力,起弹性支撑作用,又能够通过自身变形消耗振动能量,起减振作用,此外还具有良好的绝缘与散热性能。本发明弹性良好、真空挥发度极小,且设计灵活、构型保持和性能保持能力强,寿命长、安全性高,满足了在太空真空环境下的应用要求。
[专利] 发明专利 CN201610367214.1
摘要:本发明提供一种薄膜结构及其形面控制方法,薄膜结构包括薄膜阵面、周边张力索、边框、张拉点和调整机构,所述薄膜阵面的四边均设有周边张力索,薄膜阵面周边通过周边张力索提供张力,周边张力索通过多个张拉点固定在边框上的调整结构上,控制调整机构在面外方向的高度进而改变张拉点的高度,能够实现薄膜结构在轨运行过程中薄膜阵面的平面度控制。本发明所提出的形面控制方法是根据薄膜阵面的三维形面数据计算调整机构的调整量,以使得薄膜阵面的形面精度满足设计要求。本发明解决了薄膜结构在轨运行时会因为干扰载荷作用导致其薄膜阵面形面精度降低问题,提高了薄膜结构形面精度。
[专利] 发明专利 CN201610303626.9
摘要:本发明提供一种橡胶材料的超弹性本构模型建模方法,该方法首先提出聚合物分子链体积的影响模型;其次,改进八链模型,提出拓扑约束所引起的概率密度函数;然后,建立分子链的微观变形与宏观变形的关系,据此推导橡胶材料的应变能密度函数,得到非仿射超弹性本构模型。所建立的橡胶材料超弹性本构模型同时考虑了聚合物分子链体积、非仿射变形和拓扑约束的影响,建立了宏观的模型参数与微观的分子结构之间的物理联系,能够更深入地反应聚合物大分子力学变形的本质,更准确模拟多功能结构中橡胶材料超弹性特性。
[专利] 发明专利 CN201610303836.8
摘要:本发明提供一种用于微小卫星系统的多功能舱壁结构,涉及航天器结构和电源系统设计领域。多功能舱壁结构包括碳纤维支撑结构、锂离子电池、平衡充电电路、电连接器、电压显示模块等部件,集承力、供电、平衡充电等功能于一体。该多功能舱壁结构实现了电源分系统、结构分系统以及状态检测分系统三者的一体化设计,并综合考虑了多功能舱壁结构的长寿命以及散热等问题。本发明具有体积小、重量轻、寿命长以及与卫星总体相容性好等优点,而且通过在微重力气浮模拟卫星上的应用表明:本发明有效减小了气浮模拟卫星本体的重量并增大了气浮模拟卫星的有效载荷装载空间。
[专利] 发明专利 CN201610397008.5
摘要:本发明公开了一种空间在轨故障解除操作地面模拟实验系统,包括模拟服务航天器,模拟目标航天器,微重力模拟气浮平台和模拟地面控制站;模拟服务航天器和模拟目标航天器运行在微重力模拟气浮平台上,模拟服务航天器和模拟目标航天器通过无线通信与模拟地面控制进行通信;模拟服务航天器用于模拟具有在轨操作和服务能力的航天器,模拟目标航天器用于模拟具有在轨故障的航天器。本发明能够模拟在轨逼近和在轨抓捕,以及具有自动和人在回路等多种控制模式。
[专利] 发明专利 CN201610227613.8
摘要:本发明涉及振动主动控制技术领域,提供一种用于光学镜面振动控制的压电陶瓷微驱动器,用于解决现有技术中常用作动器进行光学系统控制时存在的光束指向主动控制功耗高、结构复杂的技术问题。所述压电陶瓷微驱动器包括前盖、用于控制光学镜面在其俯仰偏航方向所处位置的压电堆以及用于容纳压电堆的套筒。前盖的一端抵接于光学镜面上,另一端与压电堆的一端相连接并容纳于套筒内;压电堆的另一端预紧的容纳于套筒内。本发明提供的了一种用于光学镜面振动控制的压电陶瓷微驱动器,该微驱动器使用方便、易于调整,可直接操控光学元件实现光束指向主动控制。
[专利] 发明专利 CN201610227175.5
摘要:本发明涉及光束传输领域,涉及一种基于双光敏传感器的光束偏差测量方法,包括步骤:S1,分别将两个分束镜、两个光敏传感器PSD设置在测量位置上,所述两个分束镜水平、等高设置,在激光方向无偏状态下,激光光束与分束镜面成45°,且激光经过两个分束镜的反射后分别垂直射入两个光敏传感器PSD屏幕的中心位置;S2:测量无偏激光光束与两个分束镜的交点距离两个PSD屏幕的距离,并测量两个分束镜的间距;S3:使待测激光光束沿水平方向射向两个分束镜;S4:读取两个PSD屏幕上的激光光斑坐标值;S5:计算得出激光光束偏转角θ的正切值,求得到光束偏转角θ。本发明得到的光束偏转角转化为可直接用于系统控制的参量,测量方法简便,精度较高。
[专利] 发明专利 CN201610396813.6
摘要:一种用于在轨服务技术验证的模拟服务星,包括通讯子系统、姿轨控制子系统、操作机构子系统、推进子系统以及电源子系统,通信子系统利用无线通信模块通过无线路由器实现姿轨控制子系统和地面控制站之间的通信,用于模拟在轨天地无线通信链路;操作机构子系统在中央处理单元的控制下用于完成模拟在轨操作任务;推进子系统在中央处理单元的控制下实现控制模拟服务星的水平运动和旋转运动,使模拟服务星按期望运动完成与目标航天器交会对接;所述电源子系统为模拟服务星的各用电设备提供工作电源;姿轨控制子系统包括相对位姿测量单元和中央处理单元。本发明更加真实的模拟了在轨环境下服务航天器的动力学特性。
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