星载SAR天线展开机构装配精度确信可靠性建模

星载合成孔径雷达(SAR)天线展开机构是空间桁架结构,其杆系和铰链的空间位置相互耦合,在装配过程中主要依赖于人工装调,装配精度难以准确控制,装配可靠性直接影响星载SAR天线的服役性能。为此,基于可靠性科学原理,提出星载SAR天线装配精度确信可靠性建模方法。考虑天线装配过程中影响装配精度的内因和外因,确定表征天线展开机构装配精度的性能指标及阈值,建立性能裕量模型。开展多源不确定性分析与量化,构建星载SAR天线展开机构装配精度确信可靠性模型。以某型号星载SAR天线展开机构为研究对象,进行可靠性敏感度分析和验证。研究结果表明:所提方法可为星载SAR天线展开机构装调提供理论指导,有效提高装配精度和效率。

一种星载伞天线展开机构研究

天线展开机构使用动力绳在天线展开和收拢过程中易出现动力绳松弛、脱槽现象。以星载高精度伞状天线展开机构为研究对象,分析天线展开机构的工作原理;利用解析法获得展开机构的运动方程,结合天线展开机构运动部件结构参数,得到天线展开过程中展开机构动力绳的松弛规律;建立以展开机构结构参数为设计变量,以动力绳松弛量最小为目标的展开机构结构优化模型,通过模拟退火法进行求解,得到优化的展开机构结构参数;通过优化前后的展开机构展开、收扰功能试验,对机构工作时动力绳的松弛量进行测试,并对优化的展开机构正确性进行验证。结果表明:优化后的展开机构动力绳松弛量较优化前降低了90%,优化效果显著。

双环多杆天线展开机构运动学与动力学分析

针对一种双环多杆天线展开机构进行了运动学与动力学特性分析,首先分析了展开机构构型特征,并对整体机构进行了单元分解,基于螺旋理论,绘制了单元机构的螺旋约束图;进而建立了单元机构的螺旋约束方程组,然后通过螺旋速度递推求得机构中构件的角速度和质心线速度,采用坐标转换求导法得到了速度雅可比矩阵,利用螺旋导数并基于螺旋加速度合成法则得到了构件的螺旋加速度和角加速度以及质心线加速度;最后基于拉格朗日方程,建立了整体机构的动力学方程,通过数值计算与模拟仿真,分析得到了不同构件的运动学与动力学特性,验证了理论推导的正确性。本文分析的双环多杆天线展开机构为单自由度机构,整体结构简单,仅需一个驱动便可收拢和展开,基于螺旋理论和拉格朗日法相结合的运动学和动力学建模分析方法物理意义明确,可以较好地应用于此类空间可展开机构的分析中。

绳控多模块固面天线展开动力学分析与优化

针对一种扭簧驱动的双绳控固面天线,建立了基于欧拉-拉格朗日方程的天线展开动力学模型,研究了绳索张力对天线展开运动参数的影响。对绳控天线反射面系统的完整展开过程进行动力学仿真,得到仿真中的展开情况与数值计算结果相符,验证了理论模型的正确性。为了使天线反射面充分展开,采用序列二次规划算法(sequential quadratic programming,SQP)分别在无绳和有绳控制系统中,对驱动扭簧进行优化设计,通过优化使得展开更为合理并减少了反射面的展开包络空间。研究表明,通过引入绳索系统能够提高天线展开过程的稳定性,有效降低了各铰链关节处的负载峰值。研究结果可为绳控固面天线的展开过程设计提供理论指导,并具有实际工程意义。

天线展开机构的可靠性增长技术研究

卫星天线的展开是靠展开机构来实现的,这就需要天线展开机构具有很高的可靠性。文章对常用的电动展开机构和弹簧展开机构进行可靠性增长研究,给出了天线展开机构可靠性增长的技术途径、试验设计、可靠性增长评估方法,最后采用AMSAA模型对弹簧展开机构的可靠性增长进行了评估。

展开速度对天线展开过程动力学影响分析

针对某大型椭圆周边桁架天线展开过程动力学研究,采用几何精确梁理论对杆件建模,一维移动介质单元法对驱动绳索建模,结合对变形较小的铰链、斜杆做刚性假设,实现对整个天线动力学建模;通过在不同展开速度下仿真,得到不同条件下驱动力、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力随展开时间变化曲线;通过对仿真数据分析发现,随着展开速度降低,驱动力峰值、杆件总弹性势能、纵杆最大弯曲应力也会下降。该研究为天线展开策略规划提供了参考。

北斗天线展开电机及齿轮减速机构地面试验

主要介绍了对北斗天线展开电机及齿轮减速机构进行的一系列空间鉴定试验及相应的试验、测试情况,文中较详细地列出了试验中获得的数据,并对各项试验结果进行了分析,最后得出了结论。

ERM及其在卫星天线展开机构上的应用

介绍了ERM的组成、动作过程、设计细节及优点,。根据ERM的动作原理,用于卫星UHF天线展开机构的设计;在充分发挥ERM优点的基础上作了一些适应性修改,成功地解决了天线展开机构收拢长度长、展开冲击大、可靠性较低等不足。

空间可展开天线展开过程轨迹与控制系统集成设计

针对空间可展开天线展开过程中冲击过大的问题,提出一种天线展开轨迹与控制系统集成设计方法。利用贝塞尔曲线合成驱动索的输入轨迹,通过天线的运动学关系表达式,可以得到天线展开过程的运动输出轨迹。讨论通过改变贝塞尔曲线控制点位置得到不同天线展开轨迹的可行性,继而为最优展开轨迹设计提供了依据。并基于天线的动力学分析,给出针对展开天线特点的控制系统设计方案。考虑展开轨迹和控制系统的耦合关系,基于优化的方法同时选择贝塞尔曲线控制点位置及控制器增益系数,达到减小天线在展开过程中所受冲击的目标。讨论优化过程中涉及的设计变量及约束方程表达式,该设计问题的求解方法,并给出了仿真步骤。结合典型算例的数值结果,说明该集成设计方法的有效性和合理性。

基于滤波的柔性可展开天线展开过程控制方法

针对大口径可展开天线中柔性因素带来的展开过程振动问题,提出一种基于滤波的解耦控制方法。利用瑞利—里兹法构造的假设位移场对变形体进行离散,结合拉格朗日方法建立天线的展开过程多柔体动力学模型。根据动力学分析和展开轨迹的谱分析结果,应用低通滤波器将天线运动反馈分解为纯刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分。基于机构的瞬时结构分析,将机构基频与结构基频的概念联系起来,并确定滤波的截止频率。针对两部分反馈信号的特点,分别设计刚性控制器和柔性控制器。刚性控制器保证天线按照预先设计的轨迹展开,柔性控制器用于抑制柔性振动产生的影响。讨论两组控制器增益参数的耦合关系,并基于信号能量相关性分析提出控制器增益参数选取的准则。仿真结果说明该方法的可行性和合理性。

周边桁架式可展开天线展开分析与控制

提出了一种模拟周边桁架式可展开天线展开过程的系统化方法。详细考虑了桁架节点单元具体构造,尤其是过线滑轮参数对系统展开过程的影响,通过分析系统关键点和展开角度的运动学关系以及求解空间滑轮的公切线,提出了精确计算天线展开过程中驱动拉绳长度的方法。给出了天线展开速度与电机牵引拉绳的驱动速度之间的关系,通过控制电机牵引拉绳速度来控制天线的展开过程。数值算例校验了方法的可行性,该方法可应用于一般的空间滑轮绳索系统。

大型空间可展开天线展开过程组合控制研究

针对大型空间可展开天线展开过程控制问题,基于奇异摄动理论将天线系统分解为慢变、快变两个子系统,提出一种将非线性PID控制和H∞鲁棒控制相结合的组合控制方法。慢变子系统采用非线性PID控制来控制刚性运动跟踪期望轨迹,快变子系统采用H∞控制抑制弹性振动,从而保证刚性、柔性状态输出同时达到要求。仿真结果表明:采用该方法可使弹性变形对本体运动的影响减小,在天线较好地跟踪期望轨迹展开的同时,有效地抑制了弹性振动,显著改善了系统的跟踪性能和稳定性能。

柔性周边桁架可展开天线展开过程动力学分析和组合控制方法

针对柔性周边桁架可展开天线的展开过程提出了一种基于运动解耦的组合控制方法。首先基于多刚体拉格朗日方法并考虑柔性体的弹性势能建立了周边桁架可展开天线展开过程的多柔体动力学模型，然后根据运动学和动力学分析，将天线运动反馈分解为刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分，分别设计了刚性控制器和柔性控制器。刚性控制器的目标是使天线做大范围运动以达到精确展开，柔性控制器的目标是迅速抑制柔性振动产生的影响。编制了仿真程序并进行了算例分析，仿真结果验证了该方法的合理性和有效性。

空间大型可展开天线展开末瞬时速度控制研究

本文对可展开天线的展开末瞬时的速度控制进行了研究 ,在可展开天线的动力学建模、动力分析、系统辩识和控制系统设计等方面做了有益的尝试 ,给出了可展开天线展开末瞬时速度控制的一种智能控制方法。计算机数字仿真结果表明 :该控制系统能够满足控制要求 ,且具有良好的准确性、灵活性、适应性等。该方法也适于其他多柔体系统的末瞬时的速度控制。

基于吊丝配重法的卫星天线展开臂零重力模拟系统研究现状及趋势

介绍了吊丝配重法在卫星天线展开臂的应用、发展过程及国内外现状。建立了典型的天线展开臂零重力模拟系统的力学三维模型,并对该模型引入的附加转动惯量进行了计算。着重介绍了吊丝配重法中被动重力补偿系统和主动重力补偿系统,并对两者进行对比分析。然后针对展开缓慢的二臂杆展开臂,提出一种二级展开零重力试验装置。最后对吊丝配重法的卫星天线展开臂零重力模拟系统的发展趋势和发展方向进行了预测。

卫星天线展开过程的零重力环境模拟设备

卫星天线在地面展开过程中要使用卸载设备模拟太空零重力环境。文章对零重力模拟设备的原理和设计方案进行了分析和总结,将常见的卸载原理进行了归类。针对一些典型的天线结构,介绍了与之展开相适应的地面零重力环境模拟设备的结构形式。

星载天线展开过程立体视觉动态测量技术

介绍了基于立体视觉原理的星载天线动态展开过程测量方法,通过基于标准长度的标定方法、双目立体视觉交会坐标解算和动态多目标点识别跟踪等关键技术的研究,实现了对可展开天线各关节点在展开过程中的三维运动轨迹的测量,并实现了试验验证。试验结果表明,该方法可获得各关节点在不同时刻的三维点坐标,解算出展开运动的运动速度、加速度和展开后的面型等参数,为大型可展开天线柔性机构设计、动力学分析和展开可靠性分析等提供必要的参考。

基于神经网络的空间可展天线展开过程智能控制研究

从多柔体力学的角度建立了环形桁架可展天线的展开动力学方程,针对系统展开过程的非线性与时变性,基于神经网络设计出了一种具有预测与实时优化功能的过程控制系统,为可展天线展开过程速度控制提供了一种智能控制方法。仿真结果表明,该智能控制系统解决了空间可展天线展开过程的复杂多变量非线性时变控制问题,并且具有良好的控制精度、自适应性、稳定性和鲁棒性。

绕单轴旋转的固面可展开天线展开过程研究

固面反射面因具有非常高的型面精度而广泛应用于卫星的口径天线。针对目前常用的花瓣式旋转固面可展开天线因具有较多的转动副而影响其整体可靠性的问题,探究了固面可展开天线绕正交双轴旋转与绕单轴旋转的等效变换原理及相应的设计方法,并通过实例验证了绕单轴旋转的有效性。结果表明绕单轴旋转的设计减少了花瓣式旋转可展开天线转动副的数量,提高了天线的整体稳定性和展开可靠性,这对固面可展开天线的设计和分析有重要的参考价值。

空间大型可展开天线展开机构设计与分析

空间环形可展开天线借助于贯穿在杆件中的绳索的收卷完成展开,为了能精确测定已收卷绳长,使绳长作为天线展开程度的有力判据,文中设计了一种带绳索排布管理的动力展开机构。该机构利用原有展开机构的动力源,经过齿轮变速箱传动,由凸轮机构将展开电机的单向转动转化为过绳滑块的往复运动,来引导绳索在卷绳轮上按照一定的规律整齐排布。动力学仿真分析和功能试验,均证明该机构可以在承受一定负载的情况下平稳运行,绳索排布的效果良好。