具备全空域自动跟踪能力的天线设计与分析

设计了一种具备全空域自动跟踪能力的9 m口径天线,具备Ka频段全空域自动跟踪能力。介绍了这一天线的总体结构、机械结构和天馈子系统、控制子系统,对这一天线进行结构力学分析,得到重力作用下的刚度、风载作用下的刚度,以及强度。这一天线的最大结构应力小于材料屈服应力,满足强度要求。

Stewart并联机构型天线座架故障监测策略与实验研究

Stewart并联机构型天线座架以其重量轻、无盲区的特点,应用日益广泛,为建立针对该机构的故障监测策略,提高天线的安全性。首先对Stewart并联机构关节空间故障类型进行分类,并分析了关节空间故障对操作空间的影响。其次依据多数故障所产生影响的共同性,提出将分支实际方向向量与理论方向向量进行比对,通过二者差异的变化对机构故障进行监测的安全策略。最后建立安全监测策略数学模型,进行数值计算分析和实验验证。实验结果表明采用分支实际方向向量与理论方向向量夹角变化作为判断依据,可即时发现Stewart并联机构故障的发生。故基于分支方向向量的故障监测策略,可作为保障Stewart并联机构安全运行的有效手段,同时鉴于并联机构分支间强耦合的共性,该方法也可作为制定其它构型并联机构安全监测策略的参考。

望远镜面型误差实时测量与补偿研究

为实现大型射电望远镜反射面面型误差实时测量与解耦补偿,满足大口径、高频率射电望远镜对高精度反射面的需求,对望远镜面型误差实时测量与补偿进行了研究。设计了一种基于6SPS型并联机构的面板相对位姿传感器,通过建立数学模型对测量原理进行分析。针对现有主动面调整装置引起的面板误差耦合问题,提出一种6PSS构型调整装置,对安装方式、调整原理进行分析,并建立运动学模型。将面板相对位姿传感器与主动面调整装置相结合,组成反射面精度实时测量与误差解耦补偿系统,建立系统数学模型,通过数值算例验证可行性。

基于反演终端滑模算法的目标定位转台伺服系统控制器设计

在目标定位转台伺服系统运行过程中,传动机构的齿轮间齿隙会导致驱动延时和响应迟滞,严重影响转台运行的稳定性。为此研究了一类具备齿隙的目标定位转台伺服系统跟踪控制问题,得出了一种新颖的基于反演终端滑模算法的控制方案。首先,建立目标定位转台伺服系统的状态空间模型,运用死区函数描述齿隙非线性,并设计连续可微函数对死区函数进行拟合;其次,利用反演控制方法和终端滑模控制方法,为伺服系统设计了虚拟控制器和实际控制器,利用Lyapunov理论证明了闭环控制系统的渐进稳定性;最后,搭建了仿真系统和实验平台,并与使用常规PID控制器的实验仿真结果进行对比,验证了文章所提出控制器的有效性和优越性。

6-PUS/UPU并联机器人运动学及工作空间分析

提出和研究了一种新型6-PUS/UPU并联机器人,该机器人结构对称,刚度大,可用于视觉测量、力控制研究、冗余控制研究。首先利用螺旋理论对6-PUS/UPU并联机器人进行了自由度分析,然后根据该机构的几何特点和D-H法对该并联机器人进行了运动学分析,得出了6-PUS/UPU并联机器人的运动学反解,并在此基础上对该并联机器人的工作空间进行了分析。该研究结果对此种机器人的深入研究及该并联机器人的实际应用具有重要理论意义。

6-PUS/UPU并联机器人冗余驱动力控制仿真

针对一种新型6-PUS/UPU 5自由度并联机器人,进行了冗余力驱动控制研究。首先利用Pro/E软件对并联机器人进行了建模,然后利用Adams系统仿真软件对并联机器人进行了运动学和动力学仿真;提出了利用冗余力控制改善驱动力的方法,并得出了冗余驱动力对其他驱动力的影响矩阵。对比了非冗余驱动和冗余力驱动的结果。仿真结果表明该方法能够有效降低各驱动力的峰值,并使机器人运动过程中各驱动力的变化变缓,对改善驱动力有很大帮助。

射电望远镜天线副反射面并联调整机构设计

紧密结合上海天文台65m射电望远镜副反射面位姿调整任务要求,提出采用并联式Stewart平台作为副反射面调整机构,基于天线主面和副面全位姿工作状态下各杆受力最优,并兼顾工作空间及避免杆件间干涉等因素,开展副面调整机构构型综合设计,获得了满足预期性能要求的机构构型参数,并求解出该构型下机构的工作空间,验证了构型参数综合设计方法的有效性。面向实际任务进行机构设计,研究内容对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。

某Stewart并联机构船载稳定平台控制系统设计

对于船舶或海上结构,由于海浪作用会产生横摇、纵摇和艏摇,对船上的仪器、设备和船员有很大的影响。Stewart并联机构因其精度高、重量轻和承载大等优点,被应用于船载稳定平台,用于隔离船体摇摆的扰动。文章针对某基于Stewart并联机构的船载稳定平台设计了控制系统,首先对机构进行运动学分析,分析其在补偿船摇控制时的运动形式;然后设计了伺服控制系统硬件,并设计工作空间闭环控制策略;最后通过实际实验测试,证明该系统能够实时调整姿态保证负载设备安装面水平,设计合理,稳定精度高。

65米射电望远镜天线副面调整机构系统精度分析

对上海65m射电望远镜天线副反射面调整机构进行了精度分析,确定了副面调整机构的主要误差参数,建立了误差参数的数学模型,运用蒙特卡洛法得到了全姿态工作空间下的末端位置和姿态的综合误差,证明了所设计的调整机构精度能够满足设计要求,分析结果为副面调整机构的运动学标定奠定了一定的基础,为所设计机构在实际工作中达到系统所要求的运动精度提供了重要设计保障。研究内容对并联机构在实际工程中的应用实践具有重要的指导意义。

应用于天线座的并联机构构型设计

紧密结合并联机构应用于天线座架的任务要求,研究了影响应用于天线座架的Stewart并联机构构型的主要因素,建立了构型的优化原则,得到了并联天线座架方位俯仰转角与机构铰链摆角及杆长的关系,并给出了计算实例,验证了构型优化原则的正确性。面向实际任务进行机构设计,研究内容对于Stewart并联机构真正应用于天线座架具有重要的理论指导意义。

FAST馈源舱系统动态特性联合仿真研究

对某500m口径球面射电望远镜(FAST)馈源舱系统进行了联合仿真,首先建立了整个馈源舱系统的Adams舱索模型、机构的运动学反解以及外界风扰的数学模型,利用Adams和MATLAB进行了联合仿真,得到了馈源舱系统的动态特性,验证了在存在外界风扰时馈源舱系统控制的可行性。证明了所设计的馈源舱系统满足设计要求,为所设计的馈源舱机构达到系统要求的精度提供了重要保障。论文的研究内容对并联柔性系统在实际工程中的应用实践具有重要的指导意义。

4.5米卫通天线反射体设计与力学分析

天线反射体是通信系统中保证信号质量的重要结构部件。随着用户需求的提高,对天线反射体的质量和精度也有了更高的要求。本文介绍了某型号4.5米天线反射体,通过合理简化几何建立了有限元仿真模型。结合天线反射体实际工作工况,通过修改仿真模型材料和截面参数确定了最优设计方案,并得到工作和极限工况下反射体的应力分布情况。结果表明,该设计方案质量较轻、总体变形较小,满足指标要求。

Stewart式并联天线副面位姿调整机构设计与分析

为了克服副反射面由于制造装配误差以及副面撑腿的变形所引起的副面位姿的偏差,提出一种基于Stewart式六自由度并联机构的副面位姿调整机构,通过差动螺纹,即可实现粗调、中调、精调三种精度调节,提高天线设备的信号接收性能。并通过对副面调整机构的有限元仿真分析,确定工作中驱动分支所受的最大轴向压缩力,为工程设计提供理论依据。

三自由度天线并联机构运动与力学性能分析

对三自由度天线并联机构的运动与力学性能进行了分析。基于天线工作要求,选择3-RSR、PU-2UPS和3-RPS并联机构作为天线座架构型,确定并联机构的基本参数,分析工作空间、驱动力、驱动力矩和功率,绘制工作空间图形,求解驱动力与驱动力矩变化曲线,计算电机功率。综合分析后,确认选择3-RSR并联机构作为天线座架构型最为适宜。

65m射电望远镜天线副面调整机构标定研究

结合65m天线副反射面位姿调整任务要求,研究天线副反射面调整机构的标定问题。制定出副面调整机构标定流程与方案,利用激光跟踪仪测量机构动平台位姿,根据运动参数的实测信息,由并联机构学理论构造误差函数,并以误差函数最小化为目标进行机构运动学参数辨识;开发完成标定算法,对副面调整机构进行运动学标定,求解获得满足预期精度要求的结构参数,并对机构参数进行补偿。面向工程实际任务开展标定研究,研究结果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。

3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真

动态特性是高速高精密天线功能实现的关键。采用3-RSR(R为转动副,S为球面副)型并联机构作为车载天线构型,基于拉格朗日方程建立基体运动下天线机构动力学模型。以固有频率为目标,利用遗传算法对3-RSR天线机构参数进行优化,性能对比验证了优化结果的有效性。考虑风雪载荷及车体随机激励工况,建立车载天线机构仿真模型,分析得到相应工况下驱动力矩变化曲线。研究工作对车载天线机构动力学设计及样机研制具有参考意义。

大型射电望远镜天线副反射面调整系统设计与实验研究

为满足大型射电望远镜天线运动过程中由于重力变形而引起的天线性能和指向的变化以及L频段馈源工作任务,根据多自由度调整以及工作空间范围等设计要求确定了"上海65米射电望远镜系统"天线副反射面调整机构的构型;在满足天线工作任务要求的基础上,对机构进行了构型尺寸参数优化,并在各个尺寸参数优化确定后对天线副面调整机构进行了结构设计;对天线副面调整机构进行了标定实验,并开展了副面调整机构动态跟踪精度测量实验研究,实验结果均达到了设计要求。面向工程实际任务进行设计与实验研究,研究成果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。

刚体两次转动姿态描述方法的内在联系

并联机构动平台姿态描述的方法有多种,不同描述方法给机构运动学分析的难易程度带来不同的影响,所以选取合适的姿态描述方法对机构分析非常重要。并联机构的动平台可视为受约束的刚体,而描述刚体姿态的方法之间存在着内在联系,所以揭开刚体姿态不同描述方法之间的内在关联性,有助于选取合适的刚体姿态描述方法。对并联机构动平台绕两相交轴线的转动关系进行了分析,得出动平台绕某一轴线转动一定角度后其相对动平台法线的耦合转角,并得到了该角度的解析表达式;基于动平台姿态不同描述方法,得到动平台绕其平面内两相交轴依次转动后,绕动平台平面法线的耦合转角及其解析表达式。确定了动平台不同姿态描述方法的内在联系,对具有两转动自由度并联机构的姿态描述方法的选择原则进行了合理分类,该结论适用于大多数具有两转动自由度并联机构姿态描述方法的选取原则。

65米射电望远镜天线并联式副面调整机构动力学仿真研究

根据65米射电望远镜天线副反射面调整机构的具体设计尺寸,提出采用并联式Stewart平台作为副反射面调整机构,以三维造型软件Pro/E、机械系统动力学仿真软件MSC.ADAMS和计算仿真软件Matlab进行联合仿真,对副面调整机构进行了虚拟样机建模和动力学仿真,得出机构所有运动关节摩擦中影响驱动力矩最主要的关节摩擦力,为机械结构优化设计提供了依据;针对调整机构的特殊应用场合,得到了机构在定平台随天线主面0°至90°运动,且动平台在要求工作空间内运动时的实际工况下,副面在全姿态工作时各分支杆的受力情况,仿真结果对调整机构的设计校核起到了重要作用。面向实际任务进行机构仿真,研究内容对并联调整机构真正应用于大型天线工程实践具有重要的指导意义。

6-PUS/UPS并联机构运动学标定理论与实验研究

基于6-PUS/UPS并联机构,首先建立含结构误差的运动学反解模型;使用遗传算法建立其标定模型,通过Matlab编程验证了模型的正确性和有效性;提出了一种利用球杆仪、高度游标卡尺和双轴倾角传感器配合测量动平台位姿的标定方案;最后进行标定实验及误差补偿,提高了该并联机构的精度。