卫星多自由度微激励试验系统转动振动校准技术研究

为解决高分辨力遥感卫星多自由度微激励系统转动振动测量范围小、校准精度高的问题,研究采用基于衍射光栅的激光多普勒干涉测量技术的转动加速度校准方法,设计多维转动振动校准装置,为高分辨力卫星地面微振动试验提供了计量保障。     

NPL为欧洲航天局(ESA)的卫星推出微振动测试装置

卫星在太空中会经历振动,这会降低图像的分辨率和远距离测量的准确性。振动可能是由常见的元件或程序引起的,如旋转反作用轮、太阳能阵列驱动器和旋转式制冷机。欧洲航天局(ESA)需要能够测试和校正这些抖动和振动,以提高对地球观测的准确性。英国国家物理实验室(NPL)为ESA开发了一种微振动平台,可以测量子系统或小型卫星产生的振动,其准确度达到前所未有的程度。     

卫星微振动检测技术

微振动是限制高精密测试技术发展的关键因素之一,本文以微振动在航空航天技术方向的测量研究为基础,对微振动背景、测量技术进行了详细的阐释,在传统光学测量分析的基础上,分析了利用高精度微机械加速度计测量的可行性,最后就微振动测量技术的发展方向做出了总结。     

基于隧道效应的纳米级振动检测及补偿

微振动是提高纳米测量精度的主要障碍,为了减小微振动在STM测量中的影响,需要对微振动进行隔离和检测．因此,抗振、隔振及振动补偿技术成为了纳米测量领域的一大分支．设计了基于隧道效应的纳米级振动传感器,该传感器具有很高的灵敏度和分辨力,并用设计的振动传感器进行了纳米级振动检测试验．在隧道状态下．观察隧道间隙对外界微振动的响应情况,并用测量结果实时对STM测量进行补偿．结果表明,基于隧道效应的测振传感器具有很好的响应特性和良好的幅频特性,并且可以进行STM的振动补偿．     

卫星控制力矩陀螺微振动抑制装置的动力学建模与实验研究

为了隔离卫星主要振源控制力矩陀螺的微振动,给航天器有效载荷提供超静工作环境,基于松弛型阻尼器,设计了控制力矩陀螺六自由度微振动抑制装置,完成了隔振平台的动力学建模和实验研究.使用牛顿-欧拉法建立了微振动抑制装置的动力学模型,分析了微振动抑制装置在基础激励下的频域特性和隔振系统的耦合特性;搭建了微振动抑制装置实验平台,并...     

数传天线机电耦合建模及微振动特性仿真与试验研究EI北大核心CSCD

星载数传天线是航天器低频段微振动的主要扰振源,严重影响了遥感卫星成像质量。研究了一种以步进电机为驱动源的数传天线的微振动特性。通过线性化方法简化了步进电机的动力学方程,根据固定界面模态综合法建立了在柔性边界上步进电机驱动柔性负载的动力学模型,并给出了数传天线微振动的解析表达式。通过仿真和试验验证了上述微振动模型,分析了微振动的成因和影响因素。结果表明:试验和仿真得到的微振动频域峰值处的频率一致,幅值误差不超过9.41%&并且合理选择步进电机转速可有效降低数传天线的微振动。该模型可应用于在轨微振动预测、天线控制系统设计等领域。     

某型号卫星控制力矩陀螺隔振装置设计和试验技术研究EI北大核心CSCD

针对某型号卫星控制力矩陀螺(control moment gyroscope,CMG)在轨工作产生的微振动对星载光学遥感载荷成像产生扰动的问题,文章对CMG扰振特性及卫星基频分析,建立了CMG隔振系统模型,基于CMG扰振特征频率完成了系统错频及隔振装置参数化优化设计,并通过地面单机级及整星级微振动试验对有限元建模结果进行验证。试验结果表明,在主要扰振方向上,主要扰振频点处最佳可实现97%隔振效果,系统的固有频率在仿真与敲击实验对比中误差低于3 Hz,对其他型号卫星的微振动隔振装置优化设计具有参考价值。     

基于锰铜高阻尼合金弹簧的反作用轮隔振器性能研究EI北大核心CSCD

为解决反作用轮微振动引起卫星成像质量下降问题,依据反作用轮微振动特性,设计了一种汇聚式六自由度被动隔振系统。隔振系统通过弹簧刚度设计降低系统整体模态频率,结合高阻尼特性的锰铜合金作为隔振元件材料来提高振动能量衰减。首先,采用拉格朗日方程建立隔振系统动力学模型,考虑刚度对隔振性能影响,设计不同结构参数弹簧进行对照,分析弹簧径轴刚度比与系统基频关系,并确定最佳隔振结构参数;其次,利用有限元法分析隔振系统模态及振动传递特性,讨论各自由度下振动抑制性能;最后,搭建Kistler微振动试验平台对隔振前后的反作用轮微振动进行测量,分析与验证隔振器的减振效果。结果表明:隔振系统在六个扰动方向和中高频范围内隔振效果显著,在1000 Hz主频振动处隔振效果超过40 dB;在0~2500 r/min转速内F z方向上最大振动幅值的减振百分比达到92.42%。     

高分辨光学卫星飞轮微振动隔振器的设计

摘要：反作用飞轮产生的微振动使高分辨光学卫星成像变得模糊,甚至导致高分辨光学卫星无法对地成像,为减弱飞轮微振动对成像的影响,本文采用金属橡胶隔振器隔离飞轮产生的微振动。首先,测量飞轮产生的微振动并分析其频谱特性;然后,利用有限元软件对“吉林一号高分星”进行频率响应分析,以获得相机内部光学元器件的敏感频率点;最后,将光学元器件的敏感频率点及飞轮振动频谱特性作为设计金属橡胶隔振器固有频率及阻尼比的依据。成型后的金属橡胶隔振器轴、径向固有频率分别为155 Hz、160Hz （阻尼比 ）,安装金属橡胶隔振后飞轮在249Hz（共振峰值频率）处的隔振效率达80%。隔振前卫星次镜X、Y、Z向最大角位移为0.011”（249Hz/2800rpm）、 0.01”（249 Hz /2800rpm）、 0.023”（249 Hz/ 1600rp m）,隔振后最大角位移为0.0022”（155 Hz /1600rpm）、0.0022”（155Hz/ 1600rpm）、0.0012”（160Hz/ 1600rpm）,与无隔振条件下相比角位移峰值减小达70%,满足次镜三向最大角位移小于0.008”的设计要求,证明金属橡胶隔振器设计合理、隔振效果明显。     

大惯量转动体在稳定位置附近微振动的检测

应用于高分辨率遥感器中的大惯量转动体，运行速度快，在其接收到停止指令后，由于惯性及电机的阻尼作用，很可能在目标位置来回振动，呈现微振动状态。考虑到转动体的稳定过程相对复杂，有必要通过实验来检测其微振动状态。设计了一种基于光学理论的、通过多次放射放大振动角来实现测量转动体微振动的方法，实验结果表明，该方法可以准确得到转动体实际的微振动状态，是一套满足要求且相对简洁的测量方案。     

复合作动器复合方式对平台主动隔振影响分析

为实现微隔振平台在较宽频带内的主动控制,将一弹性体和第三代压电致动器相串联,设计了一种复合式压电致动器。将复合致动器应用到微隔振平台,并对其整体建模、控制仿真时发现：弹性体相对于作动器位置不同时,在不同的外扰下对控制力的影响不同。为此,设计了一个针对不同外扰对控制力影响的评价函数,通过不同位置对评价函数影响的仿真,结果表明：当隔振平台系统受直接干扰时,弹性体位置对控制力的影响较大;当平台受地基扰动时,弹性体位置对控制力影响不显著。所以,复合作动器的布置形式取决于外扰的类型,且在实验室环境中,两种布置要达到相同的隔振效果,弹性体在上布置所耗费的能量小于其在下布置时的状态。     

《微动隔振平台参数摄动对模态参数的影响》

针对六自由度微动隔振平台参数模型的辨识问题,分析了六自由度隔振平台的模态参数辨识方法,并基于参数摄动重分析方法,仿真分析了微动隔振平台理论模型中参数的摄动引起的模态参数的改变,以及在模态实验中对模态参数辨识精度的影响。仿真分析表明：同向支撑刚度不等使得部分原本不耦合的模态之间产生了弱耦合作用,使得系统模态频率和振型均有不同程度的变化;垂向重心位置摄动对平台模态频率的影响较大;支撑刚度及垂向重心位置偏差对模态频率的辨识影响较小,而对模态振型的辨识精度有较明显影响。     

《微振动平台振动控制的仿真与实验研究》

通过对称布置的电磁作动器实现微振动平台的微振动控制。建立微振动平台的数学模型,采用自适应方法对平台的振动控制进行数值仿真,并用实验控制微振动平台的振动。仿真与实验结果表明能够抑制平台微振动能够得到抑制。     

Performance evaluation of spaceborne cryocooler micro-vibration isolation system employing pseudoelastic SMA mesh washer

A spaceborne cryocooler produces undesirable micro-vibration disturbances during its on-orbit operation, which is one of the main sources of degradation of the image quality of high-resolution observation satellites. Therefore, to comply with the strict mission requirement for the acquisition of high-quality images, micro-vibration disturbances induced by cryocooler operation need to be isolated. In this study, we proposed a spaceborne cryocooler micro-vibration isolator that employs a pseudoelastic shape memory alloy (SMA) mesh washer, which guarantees vibration isolation performance in a severe launch vibration environment while effectively isolating the micro-vibrations from the cryocooler on-orbit. Basic characteristics of the cryocooler assembly integrated with the proposed isolators were measured through static tests and free vibration tests. The effectiveness of the isolator design was demonstrated by the micro-vibration measurement tests under qualification temperature limits.     

基于微振动检测的滑觉传感器

机械手软抓取功能的实现，关键在于有性能优良的滑觉传感器。滑觉传感器依靠安装在手爪中的弹性体及光电器件，将被抓物体相对机械手爪的滑动，转化为电信号，进而检测机械手抓取中的滑动。被抓物体相对机械手爪的滑动，引起弹性体的微振动。基于振动理论、动力学理论、光照度理论和弹性形变理论，推导出被抓物体相对机械手爪的滑动加速度与光电器件的输出电压的微分成线性关系，进而建立滑动程度判别模式。通过滑觉传感器、力传感器、位置传感器等的信息融合，建立模糊控制系统，实现了电液伺服机械手的软抓取。     

帆板驱动微振动对卫星的影响与对策

基于帆板驱动机构精确建模，对帆板及其驱动带来的影响进行分析；在分析帆板驱动特性的基础上，给出了微振动测试数据及其分析结果；并以某卫星为例给出了帆板驱动控制时微振动对姿态的影响，提出了频率约束和振动主动抑制控制相结合的解决措施及验证结果。     

星载制冷机隔振装置的设计与实验研究

制冷机广泛应用于空间红外遥感探测器中,其主要运动部件压缩机在工作过程中产生的微振动,是影响探测器正常工作的主要振源之一.基于松弛型阻尼器,设计制冷机多自由度隔振装置.对隔振装置的隔振性能进行仿真分析,同时,搭建隔振装置实验平台,完成隔振性能的实验研究.结果表明,设计的隔振装置在制冷机工频处的隔振效率达到94％以上,可以...     

基于压电致动器的微动隔振平台系统

为实现微仪器隔振平台的自适应控制,对第三代压电致动器顶杆部件进行了改进,并将其直接应用于微隔振系统,隔振效果不是很理想。为此,对致动器进行了系统在线建模,从理论上分析了导致结果不理想的原因,给出了一种改进方法,通过理论建模分析和试验研究,结果表明:该方法虽然降低了致动器位移增益,但具有较好的隔振效果。