空间二维转台照准架的结构优化设计

空间二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,照准架作为转台的关键支撑部件,其刚度特性对于整个转台的刚度性能至关重要。为在减轻照准架重量的同时提高刚度性能,采用基于变密度法的拓扑优化理论,利用有限元软件MSC.Patran/Nastran对照准架进行拓扑优化设计。将照准架模态振型等效为推力作用下的模型变形,以结构刚度最大化为目标函数,剩余体积比为约束条件进行优化。结果表明:与经验模型相比,优化后的模型质量减小了1.32 kg,且一阶固有频率提高了14.5 Hz。在Z方向的重力作用下,最大变形量相对减小了22.4%,最大应力值相对减小了22.6%,而且模型在其他方向的静力学特性都有显著提高。可见,优化后的照准架模型在质量减轻的情况下,动态特性得到了显著的改善。通过对优化模型进行试验模态分析,结果证明了有限元分析的正确性。因此,采用拓扑优化方法对照准架进行结构优化设计是切实可行的。

基于滑模PI控制的卡尔曼滤波在空间转台的应用

针对空间高精度二维转台超低速控制性能不佳的问题,提出了一种基于滑模PI控制的卡尔曼滤波算法。首先在控制方面,设计了滑模PI控制算法,保证闭环系统稳定性。其次,在状态估计方面,设计了Kalman滤波算法,更准确地估计电机转速。最后将控制和状态估计进行一体化设计,提出了基于滑模PI控制的卡尔曼滤波算法,并应用于空间转台超低速控制。超低速控制性能的提高具体体现在:a)跟踪精度达到了设计要求;b)消除了非线性的摩擦力矩和电缆力矩对控制性能的影响;c)能够适应力矩系数和转动惯量的不确定性。试验结果表明,与传统算法比较,该算法提高了系统稳动态控制精度,对参数变化不敏感,对环境噪声有足够强的鲁棒性。