基于六维并联机构的空间光学载荷微振动环境模拟及指向稳定技术研究

doi:2DF913952353E1E12345D43F7012A1CD

	基于六维并联机构的空间光学载荷微振动环境模拟及指向稳定技术研究
	王晓明
学位类型	博士
导师	吴清文
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	微振动指向稳定并联平台动力学建模
摘要	微振动具有幅值小、频率分布范围广的特点,如果将微振动传递给空间光学载荷,将导致其指向不稳定、无法正常工作,因此需要对光学敏感载荷进行指向稳定技术的研究。提高指向稳定性能的方法之一就是对微振动进行隔振,检验隔振器的隔振效果需要进行大量的地面实验,然而诸多因素导致真实的扰动源无法大量应用到地面实验中,因此空间光学载荷的微振动环境模拟技术成为发展空间光学载荷的关键技术之一。六自由度并联平台具有承载能力强、定位精度高等优点,尤其是其六自由度的运动能力为微振动环境模拟及指向稳定技术的研究提供了解决方案。因此,本文基于六维并联机构,开展空间光学载荷的微振动环境模拟技术研究和指向稳定技术研究。为给空间光学载荷提供微振动环境,研制了一种基于Gough-Stewart构型的微振动环境模拟平台。该模拟平台模拟微振动环境的方式有两种:一种是上平台输出多维振动,另一种是在下平台与安装面之间输出多维扰动力与力矩。针对模拟多维振动的方式,结合牛顿—欧拉公式和拉格朗日方程建立了上平台输出六维加速度的动力学方程,开展了加速度传函迭代控制策略的研究,加工出原理样机后对动力学方程和控制策略的正确性进行了实验验证,实验结果表明,该微振动环境模拟平台可以用来模拟多维振动。针对模拟多维扰动的方式,建立了激励力与多维扰动力及力矩的动力学关系,开展了扰动力及力矩迭代控制策略的研究,最后用实验验证了这一模拟方式的有效性。面向指向稳定技术的研究需求,研究了两代基于Gough-Stewart构型的指向隔振一体化并联平台,该平台集指向功能与隔振功能于一体,降低了发射成本、节省了空间、提高了空间任务的成功率。第一代指向隔振一体化并联平台将支腿质量下移,并将铰链设计在支腿的同一端,提高了支腿自身的弯曲频率;以Kane方程为基础,建立了基础激励下指向隔振一体化并联平台的完整动力学方程;并利用联合仿真技术对动力学方程的正确性进行了验证。相比第一代平台,第二代指向隔振一体化并联平台在结构上对铰链进行了改进,并在动力学模型中加入了柔性铰链的旋转角度和弹性扭转力矩,最后对改进的动力学模型进行了仿真验证。指向隔振一体化并联平台采用了电磁式驱动器,能够保证响应速度和控制精度,但行程较小、无法做到大角度调整。为了保证并联式指向平台能够兼具大范围调整和指向稳定两种性能,针对空间光学载荷的光轴仅对转动敏感平动不敏感的特性,研究了一种新型的基于广义Stewart构型的粗精级并联式指向稳定平台。由于该平台结构的特殊性与运动方式的特殊性,将建模分为了两部分:粗级调整阶段的运动学建模和精级调整阶段的动力学建模。粗级调整阶段,结合六维并联机构的正、逆运动学函数和Newton-Raphson数值迭代方法,建立了该并联机构的运动学模型,并利用虚拟样机技术验证了该运动学模型的正确性。精级调整阶段,结合牛顿—欧拉公式和拉格朗日方程,建立了该并联机构的动力学模型,并利用联合仿真技术验证了动力学模型的正确性。仿真结果表明,该粗精级并联式指向稳定平台可以在保证指向稳定的基础上,完成大范围指向。
页数	133
DOI	2DF913952353E1E12345D43F7012A1CD
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63858
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	王晓明. 基于六维并联机构的空间光学载荷微振动环境模拟及指向稳定技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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基于六维并联机构的空间光学载荷微振动环境（5260KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文