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卫星太阳阵展开锁紧过程冲击振动

机械工程学报 2012年第21期48卷 67-76页

作者：游斌弟王兴贵陈军哈尔滨工业大学船舶工程学院威海264209

为了研究铰链副对卫星太阳阵展开过程接触碰撞的扰动影响,针对其链式拓扑结构漂浮基无根树特点,描述其运动学关系,并利用Largrange和Newton方法推导太阳阵系统递推动力学模型,克服了非线性多自由度系统获得解析解的困难;进一步通过动量... 详细信息

为了研究铰链副对卫星太阳阵展开过程接触碰撞的扰动影响,针对其链式拓扑结构漂浮基无根树特点,描述其运动学关系,并利用Largrange和Newton方法推导太阳阵系统递推动力学模型,克服了非线性多自由度系统获得解析解的困难;进一步通过动量守恒,并采用非线性弹簧阻尼及摩擦的接触碰撞约束力,构建太阳阵展开过程的广义动力学模型。通过太阳阵展开过程的接触碰撞数值仿真,研究铰链副接触碰撞对卫星太阳阵多体系统的影响,结果较好地预测了太阳阵展开历程及卫星姿态的动态行为,结论对卫星太阳阵展开过程分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。

关键词：卫星太阳阵铰链副展开动力学接触碰撞多体动力学

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星载天线反射面传感器多目标优化部署方案

振动与冲击 2012年第9期31卷 123-127,148页

作者：李文博王有懿赵志刚赵阳哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

传感器数量和位置的优化部署,是实现大型星载天线在轨获取高精度模态参数亟待解决的关键技术。为克服以往研究中采用单一优化准则所带来的局限性和片面性,设计观测信息正交性最大和能量最大的双优化准则,引入NSGA-Ⅱ算法进行多目标传感... 详细信息

传感器数量和位置的优化部署,是实现大型星载天线在轨获取高精度模态参数亟待解决的关键技术。为克服以往研究中采用单一优化准则所带来的局限性和片面性,设计观测信息正交性最大和能量最大的双优化准则,引入NSGA-Ⅱ算法进行多目标传感器优化部署求解。考虑到该算法仅适合连续性优化变量,存在收敛速度及多样性保持方面的不足,对其在编码方式和遗传算子设计两方面进行改进,并给出所有指标权重组合且分布均匀的Pareto最优解集。设计四种优化方案,进行仿真比较可得:基于改进NSGA-Ⅱ算法的星载天线传感器多目标优化部署方案,较其他三种方案在性能指标上更优,且该方案更加符合实际工程的多指标优化设计要求,保证优化结果具有更高的灵活性和适应性。

关键词：星载天线在轨辨识传感器多目标优化部署 NSGA-Ⅱ

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柔性天线面对星载天线的扰动研究

振动与冲击 2011年第7期30卷 107-111,132页

作者：游斌弟赵志刚魏承赵阳哈尔滨工业大学航天工程系哈尔滨150001

针对柔性天线面对星载天线的扰动问题,应用固定界面模态综合法和Lagrange方程,截取柔性天线面低阶模态,缩减星载天线系统的自由度,并通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,克服了忽略天线... 详细信息

针对柔性天线面对星载天线的扰动问题,应用固定界面模态综合法和Lagrange方程,截取柔性天线面低阶模态,缩减星载天线系统的自由度,并通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,克服了忽略天线面弹性变形对刚体大范围运动的影响,所建立的耦合动力学模型计算效率高并具有足够的精度。考虑天线面为刚体和柔体情况,分别对星载天线系统进行仿真并进行对比分析,结果表明,初始时刻柔性天线面对卫星本体姿态和天线指向影响很小,随着关节力矩持续作用,激起柔性天线面震荡,加剧自身的弹性振动,进而引起星载天线的抖动,造成卫星位姿和天线指向偏差变大,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。

关键词：星载天线模态综合柔性天线面弹性振动扰动

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关节铰间隙对漂浮基星载天线扰动研究

宇航学报 2010年第10期31卷 2251-2258页

作者：游斌弟潘冬赵阳哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为了研究关节铰间隙对星载天线扰动,建立了铰间隙矢量矩模型,采用非线性弹簧阻尼及修正库仑摩擦建立了铰间隙碰撞力和摩擦力模型;进一步推导了理想铰和含间隙铰变拓扑结构的漂浮基星载天线多体系统动力学模型。通过接触碰撞判别准则,将... 详细信息

为了研究关节铰间隙对星载天线扰动,建立了铰间隙矢量矩模型,采用非线性弹簧阻尼及修正库仑摩擦建立了铰间隙碰撞力和摩擦力模型;进一步推导了理想铰和含间隙铰变拓扑结构的漂浮基星载天线多体系统动力学模型。通过接触碰撞判别准则,将系统的几何约束转化为力约束,使得系统无拓扑结构变化,便于系统的全局仿真。最后对理想铰与含间隙铰的漂浮基星载天线系统仿真分析,结果表明,较小间隙对星载天线位姿和指向影响很小,但极大增加关节的碰撞力,随着时间流逝,其位姿和指向精度偏差变大,但由于非线性阻尼的存在,碰撞力逐渐变小,最终保持接触状态。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。

关键词：星载天线关节间隙扰动接触碰撞指向精度仿真分析

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运动副间隙对卫星天线双轴机构动态特性影响

中国空间科学技术 2012年第5期32卷 21-26,75页

作者：潘冬王兴贵赵阳哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

卫星天线指向精度要求高,天线驱动机构中有运动副的存在就不可避免地含有间隙,研究间隙等非线性因素对卫星天线驱动机构动态特性影响尤为重要。以某型卫星天线双轴驱动机构为研究对象,基于虚拟样机技术,采用非线性弹簧阻尼模型建立了间... 详细信息

卫星天线指向精度要求高,天线驱动机构中有运动副的存在就不可避免地含有间隙,研究间隙等非线性因素对卫星天线驱动机构动态特性影响尤为重要。以某型卫星天线双轴驱动机构为研究对象,基于虚拟样机技术,采用非线性弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用库伦摩擦模型考虑运动副间隙处的摩擦作用。通过对虚拟样机进行动力学仿真,分析研究了运动副间隙及其大小、不同驱动力矩等因素对双轴驱动机构动态特性的影响规律。结果表明:间隙及过大的驱动力矩将使天线定位精度降低、稳定性变差。综合考虑各因素影响,对卫星天线系统进行结构优化,是提高天线定位精度的有效途径。

关键词：双轴驱动机构运动副间隙虚拟样机动态特性影响规律指向精度卫星天线

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星载天线传感器优化部署的均匀设计方法

中国空间科学技术 2012年第3期32卷 35-42页

作者：李文博王有懿赵志刚赵阳哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为提高模态密集大型星载天线在轨模态参数辨识精度,提出基于均匀设计的遗传算法对传感器数量和位置进行优化部署。根据模态空间H2范数确定参振模态阶数;分别以测量信息正交性和能量最大为优化目标,引入均匀设计方法对传感器数量、种群... 详细信息

为提高模态密集大型星载天线在轨模态参数辨识精度,提出基于均匀设计的遗传算法对传感器数量和位置进行优化部署。根据模态空间H2范数确定参振模态阶数;分别以测量信息正交性和能量最大为优化目标,引入均匀设计方法对传感器数量、种群规模、交叉概率和变异概率4个组合参数进行选取;采用特征实现算法进行在轨模态参数辨识研究。数学仿真表明:所提出的方法可以有效解决传感器数量和位置的优化部署问题,避免了以往人为经验选取参数时存在的主观性和盲目性问题。

关键词： H2范数均匀设计模态参数辨识传感器优化部署星载天线

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空间热载荷作用下星载天线耦合动态影响分析

振动与冲击 2012年第17期31卷 61-66页

作者：游斌弟赵志刚李文博赵阳哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院威海264209 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为了研究空间热载荷对星载天线刚柔耦合多体系统的扰动,根据抛物反射面几何特征,采用壳体单元有限元离散化法,并考虑壳体厚度方向上的温度变化,建立了有限元列式的热传导方程;引入与应变能有关的耦合项,利用拉格朗日法推导了星载天线系... 详细信息

为了研究空间热载荷对星载天线刚柔耦合多体系统的扰动,根据抛物反射面几何特征,采用壳体单元有限元离散化法,并考虑壳体厚度方向上的温度变化,建立了有限元列式的热传导方程;引入与应变能有关的耦合项,利用拉格朗日法推导了星载天线系统的大范围刚柔耦合动力学方程,研究了温度载荷对星载天线多体系统的动力学特性影响。仿真结果表明:空间热效应引起了动态的温度载荷,与结构变形发生耦合,诱发耦合颤振,加剧柔性反射面的弹性振动,造成卫星姿态和天线指向的扰动,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。

关键词：热载荷星载天线抛物反射面刚柔耦合扰动分析

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含间隙卫星天线双轴驱动机构动力学特性分析

宇航学报 2012年第1期33卷 33-39页

作者：张慧博陈军潘冬王兴贵李甘霖哈尔滨工业大学(威海)船舶学院威海264209 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

以某型点波束卫星天线双轴驱动机构为研究对象,研究关节间隙对驱动机构动力学特性的影响规律。通过建立关节间隙动力学模型,并将间隙模型嵌入到虚拟样机中,进一步建立含间隙的双轴驱动机构虚拟样机。利用虚拟样机进行动力学仿真,分析关... 详细信息

以某型点波束卫星天线双轴驱动机构为研究对象,研究关节间隙对驱动机构动力学特性的影响规律。通过建立关节间隙动力学模型,并将间隙模型嵌入到虚拟样机中,进一步建立含间隙的双轴驱动机构虚拟样机。利用虚拟样机进行动力学仿真,分析关节间隙对双轴驱动机构动力学特性的影响。同时,利用多项式拟合的方法给出间隙大小对系统动力学特性的影响规律。结果表明,关节间隙会使运动副构件间发生接触碰撞,导致驱动机构执行末端动力学特性变化,影响运行稳定性,降低定位精度。且随着关节间隙的增大,执行末端的速度误差和加速度误差峰值都随之增大,使系统的运行稳定性变差。所得结论对双轴驱动机构定位精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。

关键词：关节间隙双轴驱动机构动力学特性卫星天线虚拟样机

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柔性天线面对漂浮基星载天线扰动分析及抑制

航空学报 2010年第12期31卷 2348-2356页

作者：游斌弟赵志刚赵阳哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

为了研究柔性天线面弹性变形对漂浮基星载天线的扰动,采用固定界面模态综合法和Lagrange方法,通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,其所建立的动力学模型计算效率高并具有足够的精度。分... 详细信息

为了研究柔性天线面弹性变形对漂浮基星载天线的扰动,采用固定界面模态综合法和Lagrange方法,通过轴末端与天线面交界面的协调关系,推导了大范围运动的星载天线刚柔耦合动力学模型,其所建立的动力学模型计算效率高并具有足够的精度。分析了柔性天线面弹性变形对星载天线的扰动,利用PD+振动力反馈控制抑制系统振动,并基于Lyapunov方法证明了控制系统的渐近稳定性。仿真结果表明:天线工作过程激起了柔性天线面弹性振动,进而引起星载天线的抖动,严重影响了星载天线的指向精度;利用其控制策略能快速抑制系统振动。结论对天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。

关键词：星载天线模态综合柔性天线面弹性振动振动抑制