卫星飞轮隔振与吸振联合减振系统设计

分析了抑制卫星飞轮振动的方法,提出了隔振为主、吸振为辅的联合减振方案。研究了会聚式隔振系统参数对其减振性能的影响;针对会聚式隔振系统存在的不足,提出了圆周分布式吸振方法和相应的吸振系统,分析表明会聚式隔振系统在4个方向的隔振效率达90%以上。根据会聚式隔振系统在X平动方向隔振效率较低的问题,建立了会聚式隔振和圆周分布式吸振的联合减振系统仿真模型。仿真结果表明,联合减振系统较单纯的隔振系统在X平动方向减振效率提高近50%,且不改变其他方向的减振性能。因此,联合减振设计方法合理可行,适用于卫星飞轮等主要振源的振动抑制,并为飞轮联合减振系统的工程化设计提供了理论支持。     

多子系统双层隔振实验台设计

动力包双层隔振系统除机组外还有静压泵和空空冷却装置的隔振,从而构成了典型的多子系统双层隔振系统,其隔振设计将直接影响动力包结构部件的工作寿命和动车的乘坐舒适性。为研究多子系统双层隔振系统的隔振设计方法,以内燃动车动力包隔振系统设计为对象,设计了一种多子系统双层隔振实验台,重点对公共构架、安装支架等进行了结构设计;并利用ANSYS软件对安装支架进行了动态性能分析;通过虚拟装配设计保证了结构部件之间不存在装配干涉;最后对加工完成的实验台进行了测试,结果表明实验台隔振效果明显。可对多子系统双层隔振系统的隔振设计进行实验研究。     

微振动模拟与主被动隔振一体化实验平台

针对遥感卫星地面微振动实验的复杂要求,设计了一种同时具备微振动模拟与主被动隔振功能的一体化微振动实验平台,并对该平台的主、被动隔振性能以及微振动模拟效果分别进行了仿真分析和实验测试。其中,被动隔振由气浮支撑实现,主动隔振采用主动阻尼方法抑制共振峰,微振动模拟采用基于线性系统频响函数的控制策略。实验结果表明,平台前六阶的模态频率分布均小于10 Hz,被动隔振系统能大幅抑制10～200 Hz频段内的地面微振动;主动隔振能够实现14 dB的隔振系统共振峰衰减效果。微振动模拟功能能够有效产生接近星上的单频和多频真实扰动线谱,在特定频谱的扰动模拟实验中,幅值最大误差为5.9%,在误差允许范围内。该多功能一体化实验平台的各项功能均能满足地面模拟实验需求。     

航天器微振动隔振平台的虚拟疲劳分析

航天器微振动六自由度隔振平台能够有效隔离控制力矩陀螺群输出的多维微振动,是高分辨率卫星的重要部件。对六自由度隔振平台的关键部件进行了虚拟疲劳分析,估算出关键部件的疲劳寿命,确保其工作寿命达到设计要求。基于模态综合法将隔振平台的关键部件进行柔性化处理,利用ADAMS和MSC．FATIGUE等软件对隔振平台模型进行刚柔耦合分析,得到各关键部件的载荷历程,进而估算出疲劳寿命。     

基于遗传算法的两级隔振系统消振器参数优化研究

通过分析两级无源隔振系统设计中存在的问题,提出在第一级隔振质量块上安装第三质量-弹簧-阻尼系统作为隔振系统的消振器,由其抑制隔振系统的二阶模态,同时保证系统在高频区段的良好隔振性能.运用遗传算法对消振器各参数进行优化.对优化结果的仿真分析及试验研究表明:该方法切实可行,改善了系统的隔振性能.     

卫星载荷隔振装置特性的微振动试验及分析

载荷隔振装置是为适应高分辨率卫星光学有效载荷高精度、高稳定度工作环境要求而设计的一种高精高稳结构,如何对其特性进行有效的地面试验验证,并量化评估其减隔振效果,成为亟待解决的问题。基于此,通过设计并搭建了一套微振动试验系统,实现了载荷隔振装置的模态特性和传递率特性的测试,获得了有效测试数据,并通过对比分析,量化得到了载荷隔振装置的减隔振效果。试验结果为载荷隔振装置研制提供了重要的基础数据和工程经验,对卫星减隔振系统设计具有广泛的参考价值。     

离散型整星隔振系统的动力学参数设计

研究离散型整星隔振系统的动力学参数设计问题。通过建立整星隔振系统的动力学模型,得到从隔振器底端到卫星质心的振动传递率。用理论和仿真方法对此动力学模型进行有效验证,表明该动力学模型能较好地体现离散型整星隔振系统前两阶的振动传递规律。通过衰减不同的共振峰值的内在规律,讨论该隔振系统动力学参数对振动传递特性的影响,提出离散型整星隔振系统的动力学参数设计原则,为整星隔振器的结构参数设计提供理论指导。利用振动台对离散型整星隔振系统进行振动试验,表明该隔振器具有很好的隔振性能,验证了动力学参数设计的正确性。     

星上控制力矩陀螺群隔振平台的应用研究

控制力矩陀螺群(Control moment gyroscopes, CMGs)作为姿态控制执行机构被广泛应用,但是自身的高频振动特性直接影响星体的姿态精度和稳定度。为能有效地提高星体的姿态精度和稳定度,通过使用六自由度隔振平台处理CMGs产生的高频振动,并对隔振平台的应用进行多任务要求下的协调性研究。建立含有隔振系统和挠性帆板的整星动力学模型,通过对模型的合理简化,得出隔振平台的传递函数特性;分析其和姿态控制系统以及挠性部件相互之间的影响,并得到隔振平台参数设计的约束指标;根据约束指标对隔振平台重要参数进行理论上的设计,并通过数值仿真验证所设计参数的合理性;将所设计的隔振平台运用到整星中,对整星姿态精度和稳定度进行预测,以分析加入隔振平台后,对整星姿态控制精度和稳定度的影响。     

下吊设备对高速列车弹性车体垂向运行平稳性影响

建立了包含下吊设备的铁道车辆垂向刚柔耦合动力学模型,设计了下吊设备隔振元件参数,并分析了隔振元件参数、设备质量及吊挂位置对车辆运行平稳性及设备本身振动的影响,结果表明,合理设置下吊设备隔振参数可以有效减小车体弹性振动;隔振元件静挠度即刚度在隔振中起主要作用;随着车辆运行速度的改变,静挠度最优值会相应偏移,针对所研究的高速车辆而言,静挠度选取6 mm时,可以保证车辆垂向运行平稳性良好,且下吊设备振动不剧烈.结果还表明,质量大的设备宜靠近车体中部悬挂.     

单层隔振系统中弹性基座的振动与声辐射特性

通过电－力类比的方法建立了单层隔振系统的导纳分析模型,研究了输入到弹性 基座的振动功率流与基座辐射声功率,并通过计算机仿真分析了隔振参数对弹性基 座声振特性的影响,以及隔振装置安装位置对弹性基座振动及其声辐射的影响,提 出了单层隔振系统中弹性基座噪声控制的基本原则。     

飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星光轴的影响

为了研究高分辨率光学卫星星上飞轮的微振动对卫星成像质量的影响,分别建立了飞轮扰动模型和整星结构动力学模型。首先,对飞轮组件系统进行了地面扰动测试,对实测扰动数据的分析表明,飞轮组件在与转速相关的一阶频率50Hz处产生一次谐波,在190Hz与280Hz左右存在与转速无关的一系列峰值。然后,对整星进行了单位正弦激励,获得了光轴角位移响应,并对其与飞轮实测扰动数据进行了集成分析。分析结果表明:整星在50~80 Hz和230~280Hz的角位移响应有较多的谐振响应频率成分,沿光轴方向和垂直光轴方向整星光轴的角位移最大谐振响应幅值分别为2.718″、2.739″,在245Hz左右存在较多幅值为0.5″量级的谐波。分析显示飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星成像质量影响较大,得到的结果可为整星系统的优化设计和隔振补偿措施提供参考依据。     

用于光学遥感器耐受卫星平台微振动环境地面测试的六自由度平台

考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约,提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型,推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型。基于设计的模型研制了六自由度平台。对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验,实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入。实验结果表明平台振动频率为7~40 Hz时,其加速度输出相对误差可控制在7%以内。该平台借鉴了Stewart平台的并联构型,其结构简单、刚度大,振源输出精确可控,满足地面试验应用要求。     

连续转速状态下卫星反作用飞轮微振动参数识别

由于制造和装配误差,反作用飞轮产生的谐波干扰是导致光学遥感卫星微振动现象出现的主要因素,微振动现象严重阻碍了光学遥感卫星向更高分辨率方向发展。为了在设计时更有效地抑制光学遥感卫星微振动现象,需要较好地把握反作用飞轮微振动相关参数。本文提出了一种反作用飞轮连续转速状态下的参数辨识方法,即在时频域内获取飞轮扰振变化特性。首先利用时频分析获取非稳定干扰力信号的时频分布;然后利用加扇形窗的线性最小二乘估计方法辨识反作用飞轮的倍频特征;其后建立与飞轮转速相关的参数化模型,并利用加权非线性最小二乘估计方法辨识出参数化模型的待估参数,其后将模型参数转化为模态参数;再结合模态参数和倍频参数,获取飞轮干扰力或力矩的转速-频率峰值点。最后通过一组反作用飞轮测试试验验证本文所提出的方法,试验结果显示,连续转速状态下的辨识结果更接近反作用飞轮真实工作状态,该方法准确掌握了飞轮干扰力和力矩变化趋势,相对于传统固定转速状态下的测试结果平均误差小于1%,结果具有良好的精度。     

基于 K-medoids 分类的场地微振动振源识别方法

各类精密实验室及半导体生产厂房都具有隔振设计,但周围仍可能出现一些超限振动,为找到经隔振设施后转变为微 振动的干扰源,需对检测信号进行微振盲源分类与识别;因瞬态微振动信号低频、低幅值、持续时间短的特性,传统振动信号分 析手段很难解决此问题,因此本文提出一种基于 K-medoids 分类的场地微振动振源识别方法。 将长期监测数据通过预处理后 进行端点检测算法截取瞬态微振动信号;对提取到的信号进行归一化梅尔滤波系数特征提取,构成特征矩阵;将特征矩阵进行 基于动态时间归整距离的 K-medoids 算法聚类,并对场地周围包含的振源数进行估计;对各分类结果进行混合高斯模型建模, 采集怀疑振源的数据,并由模型概率阈值判断识别,找出影响严重的干扰源。 利用某场地 24 h 长期监测数据进行实验,成功找 到该场地平均幅值最大和出现频次最高的两类干扰振源,分类正确率达到 90. 57% ,识别率达到 96. 8% ,证明了本文方法的有效 性和准确性。     

基于压电摩擦阻尼的四参数隔振系统等效建模与频变阻尼特性分析

在轨卫星搭载的高精度有效载荷对环境微振动异常敏感,从而对隔振系统的振动衰减性能提出了更高的要求。传统两参数被动隔振系统提高隔振性能时,常采用添加定常阻尼进行能量耗散的方式,但存在低频共振峰抑制与高频快速衰减不能兼顾的固有矛盾问题。为了解决这一问题,一种能够实现阻尼特性基于频率变化的四参数隔振系统被提出,采用归一化方法建立其系统传递率与等效阻尼理论模型,并与两参数和三参数隔振系统进行对比分析。基于四参数系统的频变阻尼等效理论,设计一种基于压电陶瓷致动器产生摩擦阻尼的具象化四参数隔振系统,考虑非线性摩擦阻尼的融合问题,并分析中间等效质量参数对阻尼频变特性的影响规律,最后对其频变阻尼特性和隔振性能进行了仿真与实验验证。结果表明：时域上,四参数隔振系统对随机信号的隔振率达到91.1%;频域上,相较常值小阻尼系统,四参数隔振系统在低频共振处的峰值性能提升5.46dB,且高频段保持相近的快速衰减,表现出低频大阻尼、高频小阻尼的频变阻尼特性。仿真与实验结果均表明,系统能够解决被动隔振系统中存在的高低频隔振性能之间的矛盾问题。     

大尺度构件重载高精加工机器人本体设计与性能提升关键技术

基于典型大尺度构件的移动机器人化加工需求背景与发展现状的总结与分析,提出了大工作空间、高刚度、高精度、重载、轻量化、高动态响应、大负载自重比的大尺度构件加工机器人本体的基本性能要求。围绕上述基本性能要求,从机器人本体构型与机构优化设计,高性能加工机器人专用控制器与加工机器人操作系统开发,加工机器人运动学参数动态标定及位姿误差实时预测与动态补偿,刚柔耦合多体动力学建模,机器人动力学控制及主动振动控制等方面,论证了重载高精度加工机器人本体的优化设计及机器人性能提升方法,并完成了大尺度构件加工机器人本体构型与机构的概念设计。大尺度构件加工机器人本体的创新设计与研制,可为航空航天等领域的典型大尺度构件提供高性能的超柔性机器人化加工系统,并有助于推动国产工业机器人关键性能的提升。     

冷水机组机架减振效果分析

根据冷水机组结构特性设计了一种减振机架,并利用ANSYS对其固有频率和模态进行了计算;提出了一种利用频响函数法对冷水机组机架的减振效果进行评估的方法,通过ANSYS仿真得到了其频响函数,最后通过实验验证了该方法的可行性。结果表明,该机架具有明显的减振效果,频响函数法可以有效地评估机组或部件的减振效果。     

一种三自由度支链嵌套并联机器人末端残余振动的主动抑制

针对三自由度支链嵌套可连续回转并联机器人末端残余振动问题,提出了基于经典正脉冲输入整形和最优S形轨迹曲线相结合的主动控制方法。首先采用拉格朗日法对刚性杆柔性部件组成的支链嵌套并联机器人进行刚柔耦合动力学建模,并通过动态特性分析确定对末端残余振动影响较大的低阶模态。结合实验分析和仿真获得共振频率和阻尼比,并根据线性化二阶欠阻尼系统在脉冲序列作用下的残余衰减振动模型,采用前反馈正脉冲输入整形与最优S形轨迹曲线相结合来改变驱动器的输入信号,从而达到对支链嵌套并联机器人末端残余振动的主动抑制。最后通过实验和数值分析对该方法进行了验证。实验结果表明,应用该方法后此种支链嵌套并联机器人末端残余振动的衰减时间缩短了14%,最大振幅降低了22%,有效提高了并联机器人在高速高精度硅片搬运过程中的定位精度和轨迹精度。     

基于新型材料的吸振器设计及电流控制方法

被动式吸振器(passive dynamic vibration absorber,简称PDVA)结构参数不可调,减振频带单一,不适用于宽频减振。为解决上述问题,首先,以磁流变弹性体(magnetorh-eological elastomer,简称MRE)为刚度元件,设计一种刚度可调的自适应吸振器(adaptive dynamic vibration absorber,简称ADVA);其次,对弹性体原料组成及磁流变效应进行介绍和分析;然后,对受控系统增加吸振器,引起系统新的共振问题提出了吸振器工作过程中的电流控制方法以消除新增的共振现象;最后,进行了仿真及实验研究。结果表明,本设计可将减振频带拓宽至11.37Hz,并且利用提出的电流控制方法可有效消除系统新增的共振峰。