航天器6维微振动力测试系统的设计与试验

为了测试不同状态下航天器各活动部件在低频及超低频区的6维微振动表现,设计了一种以压电传感器为核心的6维微振动力测试系统.通过标定及对软件的设计实现了传感器信号在空间上的实时采集、分析及处理等功能,并最终得到空间6维力.介绍了该测试系统的工作原理和动态标定方法,对该测试台进行了仿真及测试试验.结果表明,固有频率的仿真与试验结果前5阶的相对误差在5%以内,1阶频率大于400 Hz;力及力矩分辨率分别可达到0.1 N及0.01 N·m(SNR大于10);在频域上0~400 Hz范围内,该测试系统各通道的相对误差在7%以内.

以应变式传感器为核心的人体脉搏信号采集与处理

针对人体脉搏信号采集时不客观及噪声源过多的缺点,以微振动测试技术为依据,研制了由计算机控制、以应变式传感器为核心的多路脉搏信号采集系统,该系统旨在在确定的取脉压力下,采集到多路清晰的脉搏信号.该系统以应变式传感器为核心,通过调节气囊控制取脉压力,探头与人体直接接触,可以直接采集多处位置微振动信号.同时由于人体微振动的信号特点,在不同的信号采集环境下,需要对信号进行分析处理.选择使用经验模式分解及小波分析对信号进行处理,提取了人体微振动信号中的有用信息.结果表明,在不同取脉压力的前提下,通过测试可得其分辨力在0.01 N以内,相对误差在5%以内,线性度5%,达到了预期的设计精度要求,相比压电材料具有更高的稳定性与静态精度.

应用于空间大型光机结构中的黏滞液体阻尼器

针对大型光机结构的结构特性,为抑制宽频噪声对结构指向稳定度及精度的影响,设计了一种可以在全频段提供高阻尼低轴向刚度的液体阻尼器。首先,对液体阻尼器的参数设计理论进行了分析;其次,通过微振动一体化集成仿真分析了引入液体阻尼器对整机的影响,由分析结果可知,在内外框架之间安装阻尼器,可以达到抑制宽频噪声的目的,一般情况下光轴指向精度(Line of Sight)可以改善50%以上,同时对结构特性改变较小;最后,设计了测试系统,对阻尼器参数的特性进行了实验研究,可知该液体阻尼器的阻尼系数随频率升高降低,在低频时可以达到18 574 N·s/m, 300 Hz时阻尼系数在300 N·s/m以上,轴向刚度约为28 659 N/m,随频率变化基本保持不变。结果表明:试验测试结果与仿真结果相符,液体阻尼器的刚度及阻尼参数的设计都达到了技术要求,根据仿真与试验的分析验证了阻尼器对大型光机结构振动抑制的有效性。

高灵敏度大量程六维力传感器设计

为满足空间在轨组装望远镜地面装配试验的相关需求,综合考虑六维力传感器的量程、刚度和灵敏度等因素,设计了一种高灵敏度大量程六维力传感器。首先对经典十字梁六维力传感器进行数学建模,通过对比各通道单独作用时,应变梁表面应变和弹性体变形刚度的数学表达式,提出一套提高传感器灵敏度的改进方案;然后对传感器结构进行详细设计,并通过传感器的有限元仿真验证结构方案可行性;最后,对六维力传感器进行加工与标定,得到传感器线重复性误差小于0.33%FS,力通道测量灵敏度大于0.83 mV/V,力矩通道测量灵敏度大于2.6 mV/V。该六维力传感器各项性能优良,目前已应用于在轨组装望远镜地面实验当中。

大量程六维力传感器设计与标定研究

为提高大量程六维力传感器的灵敏度,设计了一种适用于机械臂末端的应变式传感器。该传感器采用十字梁式弹性体结构,通过优化应变梁结构和合理布置应变片等方式,使传感器在大量程条件下仍具有较高的刚度和灵敏度。使用有限元法分析验证了传感器应力分布的合理性,并根据最小二乘法标定原理对传感器进行解耦标定实验,实验结果表明:传感器静态性能良好,最小灵敏度为0.375 m V/N,满足使用要求。

空间微振动模拟平台优化

为了解决在轨光学载荷地面试验振源模拟难的问题,设计了一种基于并联机构的多维微振动模拟平台,能够有效复现空间微振动分布频率宽、振动量级小的特点。首先,利用虚功原理和牛顿-欧拉方程推导了系统固有频率解析式,并结合设计指标进行构型优化。然后根据最优构型进行结构设计和优化,使得平台固有频率满足5~250 Hz的模拟带宽。最后,提出了一种基于传递函数的控制方法,验证了其正确性并对平台工作能力进行了求解。平台第6阶基频3.4 Hz,第7阶基频356 Hz,满足带宽要求;通过传递函数控制得到的输出与目标值之间最大误差为1.54%,说明该方法适用于平台的控制;上平台输出最大平动加速度为399.3 mg,最大角度扰动为1979.3μrad,满足指标要求。该平台具有模拟带宽大、高承载、振动量级小的特点,能够作为空间微振动地面试验振源模拟设备。

一种应变式超低频微振动测试台

为了测试卫星太阳翼驱动机构低频、超低频区由机电耦合产生的微振动，发明了一种应变式超低频微振动六分量测试台，该测试台低频响应特性好，安装接口灵活。介绍该测试台的工作原理和动态标定方法，并对该测试台进行了线性度检验、固有频率测试以及动态测试误差检验。通过线性度检验可得：在100 N范围内的外力作用下，组成该测试台的八个双孔梁应变式力传感器的线性度相对误差在＆#177;3．4％以内；通过固有频率测试可得：该测试台在100 Hz内没有固有频率，不会通过结构耦合对被测微振动信号进行调制；通过动态测试误差检验可得：在频域上0！100 Hz范围内，该测试台对六个分量动态测试的相对误差在＆#177;9．6％以内，同时还可以得出该测试台对三个力分量和三个力矩分量的测试分辨率分别可达到0．01 N和0．001 N＆#183;m。

空间光学遥感器次镜调姿机构多目标优化设计

次镜在轨精密调姿技术是空间光学遥感器关键技术之一。针对用于空间光学遥感器次镜在轨调姿的Hexapod精密调姿平台机构的设计需求,以定位精度和静刚度为准则对其构型进行多目标优化设计。建立了Hexapod平台机构运动学模型,采用快速坐标搜索法分析了Hexapod平台的工作空间;按照次镜调姿机构性能要求,提出了定位精度指标和抗变形指标,并据此建立了以构型参数为变量的优化目标函数,利用遗传算法对两个单目标函数进行了优化;利用加权分配法构造了统一约束目标函数,利用遗传算法对其进行了多目标优化。优化后动平台定位精度提高8.3%,抗变形能力提高62.5%。

基于块分类的文档图像水印自适应算法

该文提出一种自适应文档图像水印算法.该算法考虑到文档图像的特点,利用了图像的纹理、亮度特性,将原始图像分解成块,然后根据纹理特性,把图像块归为平滑块和纹理块两类.对于不同类别的图像块分别采用不同的嵌入方法,并根据亮度特性在不同的亮度图像块中使用不同的嵌入强度,以同时满足水印的不可见性和鲁棒性要求.

自由飞行机器人气浮式模拟器设计

为了搭建在轨组装的地面模拟实验系统,设计了一种基于冷气推进、能够自由漂浮的三自由度自由飞行机器人模拟器,并对模拟器的结构设计、气路系统、动力学建模和控制系统进行了研究。采用模块化设计对主体结构进行不同功能的分区,并结合工作原理对模拟器的承载能力进行了分析和实验验证。然后,采用部分解耦的方式对喷嘴进行了布置,进一步设计了整个气路系统,并对影响喷嘴推力的因素进行了理论分析和实验验证。最后,采用牛顿-欧拉法建立了模拟器的动力学方程,联合Simulink和Adams,搭建了控制仿真模型并进行了运动仿真。实验结果显示,模拟器能够承载800kg以上的重量,单方向上能够达到8N的力,整体运行时间能够达到30min。模拟器对参考输入有很好的跟踪效果,能够为超冗余模块化机械臂的地面实验提供可移动载体。

空间航天器用动力吸振器设计与试验验证

为了抑制空间航天器的振动,提出一种空间结构紧凑且阻尼力可非接触产生的动力吸振器设计方案.首先,建立动力吸振器的减振效果评价分析模型;其次,对吸振器进行有限元分析和力锤敲击试验,以验证吸振器基频设计的合理性;最后,以等效悬臂梁板结构为对象,将电磁激励器与动力吸振器分别置于悬臂梁板不同位置,对吸振器进行减振效果测试.试验结果表明:吸振器测试基频29.38 Hz与目标基频30.00 Hz误差不超过2.06%;针对悬臂梁板一阶频率的振动,有电涡流阻尼吸振器相比于无电涡流阻尼吸振器,其减振效果有所下降,但减振带宽由28.80~30.97 Hz扩展至29.09~35.53 Hz,带宽扩大67.5%;针对悬臂梁板二阶频率的振动,无电涡流阻尼吸振器没有抑制作用,而有电涡流阻尼吸振器有抑制作用且对二阶共振峰最大抑制达到了37.3%.

基于主动约束阻尼层的次镜支撑结构设计

为了提高空间望远镜次镜支撑结构的动力学性能,利用主动约束阻尼层对次镜支撑结构进行了设计,主动约束阻尼层在柔性结构表面覆盖阻尼材料和压电陶瓷材料,是对柔性结构进行振动抑制的有效手段。首先建立了主动约束阻尼层的有限元模型,采用比例微分控制算法对压电陶瓷进行闭环控制,分析了阻尼材料厚度和控制增益对支撑结构阻尼特性的影响,结果表明增大阻尼层厚度或增大控制增益能够提高结构阻尼特性,但增大阻尼层厚度同时也会降低压电陶瓷的驱动性能。对空间望远镜整体结构的分析结果显示,覆盖主动约束阻尼层后支撑结构的固有频率会略微降低,但是次镜位置的频率响应明显下降,次镜的面型精度也有提高。

六维扰动力模拟器结构设计及仿真实验研究

为研究卫星平台微振动特性及微振动对空间载荷的影响,设计一种用于模拟空间微振动的实验设备——六维扰动力模拟器。首先进行六维扰动力模拟器理论建模分析;其次进行单轴激励器及六维扰动力模拟器结构设计和有限元仿真分析;最后进行单轴激励器模态测试和模拟器扰动力实验测试。结果表明:单轴激励器模态测试结果与有限元仿真分析结果误差不超过2.5%;六维扰动力模拟器实验测试结果与扰动力理论分析结果的误差在5%以内,六维扰动力模拟器满足设计要求。

阵列式扰振力测量平台及其测量策略

为了测量大质量设备的多维扰振力,设计了一种基于传感器阵列式分布的多维扰振测量平台。该平台基于压电传感器采用了冗余式阵列的振动测量策略,解决了大负载及高刚度的测量要求,避免了结构耦合引入的测量精度损失。同时,为了克服阵列式测量引入的冗余测量误差,本文基于广义逆求解法进行测量精度优化,针对不同的被测振源选取不同位置的传感器作为测量单元,并在此基础上采用全回归法的线性解耦算法得到更精确的三维力求解表达式,避免了冗余测量引入系统误差,也降低了不同力学特性的振源对平台测量结果的影响。最后,搭建了该阵列式多维扰振力测量平台的原理样机,通过实验验证了测量平台的可行性。实验结果表明,该系统保证了高承载能力和刚度(样机基频为1174 Hz,承载能力达416 kN),对8~800 Hz频率范围内的三维广义力的动态相对误差小于5%,满足了精度高、载荷大、刚度强等测量要求。

极地微生物菌种数据库的设计及其功能简述

极地微生物菌种数据库,在功能设计上不仅考虑到共享中国极地科学数据库系统的元数据管理、用户权限认证和后台数据管理功能模块与部分数据,而且考虑到新开发的用户管理模块、数据管理与维护模块、数据查询模块,以及文献信息要求等的特殊性。其技术架构采用基于WEB的浏览器/服务器模式。数据库设计中除考虑到管理的主体对象——菌种资源信息外,还考虑用户、资源利用和成效跟踪等相关信息,并通过相关联的用户与权限系统、数据管理与维护系统和数据发布系统,实现用户与操作、资源与利用的一体化管理。该数据库不仅实现多种信息的综合管理与实时发布,而且提供定制式、人性化管理与用户界面以及综合统计和报表等多项功能。

极地标本资源共享平台系统设计与实现

为了解决分布存储在全国各地的极地标本样品资源共享的问题,基于Python语言设计了具有数据发布、资源检索和申请审批等功能的极地标本资源共享平台信息系统,实现了极地标本样品的有效管理,目前已成功应用并对外服务。本文通过对系统重要功能模块的阐述介绍了系统设计与实现,最后对海量视频、查询推荐、图片检索、资源数据链等方面的问题进行了讨论。

极地科学数据共享平台的设计与实现

为了共享中国30年来获取的南北两极科学考察数据,基于Python语言,设计了具有数据检索、数据发布、数据申请审批、数据应用等功能的分布式共享信息系统。目前系统已对外服务,成为我国唯一向国内外开放共享的极地元数据平台,促进了更深层次的国际项目合作和数据共享。