含间隙卫星天线双轴驱动机构动态特性分析

作     者：程东起 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王兴贵

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：双轴驱动机构 指向精度 运动副间隙 动态特性 动力学模型 

摘      要：随着卫星技术的发展，对卫星在轨寿命、运行可靠性提出了更高的要求。定位精度和运行稳定度是衡量卫星天线双轴驱动机构性能和使用寿命的重要指标，因此在系统设计过程中必须保证驱动机构定位精度，考虑到各个因素对系统动态特性的影响。本文主要分析间隙、冗余约束和结构特性等多个因素对卫星天线双轴驱动机构的定位精度和动态特性的影响。 首先，描述驱动关节的间隙模型，根据间隙处机构的约束关系建立关节间隙动力学模型，利用基于Hertz接触理论的非线性弹簧阻尼模型对间隙接触碰撞力进行描述，并考虑间隙运动副间存在的摩擦力对整个间隙机构的运动和动力学特性的影响。同时，根据双轴驱动机构的实际尺寸建立卫星天线双轴驱动机构虚拟样机并将关节间隙动力学模型嵌入其中，同时对其合理性进行了验证，为之后的定位精度与动态特性的研究与分析奠定基础。 其次，分析系统的动态指向误差随运动副间隙大小变化趋势，对方位轴间隙、俯仰轴间隙及两轴间隙耦合对动态指向精度的影响分别进行研究，并分析动态指向精度对不同位置间隙大小的灵敏度。进一步分析由于运动副间隙的存在对机构运行稳定性的影响，总结速度和加速度等动态特性的变化规律。通过对影响规律进行分析，最终给出间隙对指向精度和动态特性的影响趋势。 然后，考虑冗余约束的间隙大小不一致、同轴度误差及约束位置间距变化等因素对间隙对卫星天线驱动机构指向精度和动态特性的影响。冗余约束的存在，使得影响驱动机构的因素增多，特别当冗余约束间隙大小不一致时对定位精度和速度等动态特性的影响;由于装配条件的限制，同轴度误差在对精度要求非常高的卫星天线机构中带来的影响不能忽略;在卫星天线驱动机构的设计过程中，运动副之间的距离也会对定位精度产生一定的影响。 最后，分析结构特性对卫星天线的指向精度和动态特性的影响，主要考虑了间隙摩擦、刚度和阻尼等因素。细化对运动副间隙处的摩擦作用的描述，准确表现运动副间隙的刚度和阻尼特性，由于摩擦、刚度和阻尼等因素的存在，除了会给双轴驱动机构的动态定位精度带来影响外，还会给机构带来不可预知的外界激励和振动。因此，研究以上因素对机构动态特性的影响能够为反馈控制等提供参考。