星载天线指向机构地面测试系统设计与实验研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨国永1,2
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| 答辩日期 | 2018-05-24 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 关键词 | 微重力 气浮 分级同步 重力卸载 卸载精度 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 模式识别与智能系统 |
| 其他题名 | Design and Experimental Research of Ground Testing System for Satellite Antenna Pointing Mechanism |
| 英文摘要 | 论文首先对各种微重力环境的实现方法进行了梳理归纳，分析了各自的实现机理和优缺点，通过比较选择气浮方式搭建微重力试验台。针对天线指向机构的结构特点和性能测试的要求，开展用于卫星天线指向机构的气浮微重力试验台设计，并开展相关研究，主要包括以下几个方面：首先，根据天线指向机构的特点和性能测试的要求，提出了一种分级同步重力卸载方法，对卫星天线指向机构的两个关节分别进行重力卸载，设计了模拟负载代替卫星天线进行指向机构的性能测试。天线指向机构由两个正交关节组成，为了在地面模拟其运行的微重力环境，需要分别对两个关节的重力进行卸载。通过对已有气浮试验台和各种气浮元器件的分析，提出了一种分级同步重力卸载方法，采用气浮垫和气浮主轴实现对天线指向机构及模拟负载的重力卸载。为真实的反映卫星天线的物理特性，基于质量、惯量和频率约束设计了模拟负载，解决了两个关节转动惯量的耦合问题，并根据该设计过程提出了一种基于给定频率的结构设计方法。通过对气浮微重力试验台的结构设计和ADAMS中的仿真，初步验证了该重力卸载方法的正确性和有效性。其次，对地面试验台和空间中的运行状态分别建立了运动学、动力学模型，并进行了相似性分析，对所提出的分级同步重力卸载方法进行理论上的验证。在对重力卸载方法的分析和试验台结构设计的基础上，采用D-H参数法和牛顿-欧拉法推导了运动学和动力学模型。为模拟微重力环境，引入了多处卸载力，其目的是卸载掉重力对关节受力和力矩的影响，因此在牛顿-欧拉法推导运动学模型时，对相关连杆的受力平衡方程进行了修正。通过对天线指向机构的两个关节受力和力矩的比较，进一步验证了卸载方法的有效性。在动力学模型的基础上，用相似性原理推导了空间模型和气浮试验台模型的相似准则，并用相似度分析方法分析了二者的相似程度，从另一个方面给出了气浮试验台测试数据的可靠程度。再次，对气浮试验台的重力卸载精度及多个影响因素进行定量分析，对气浮试验台本身的性能进行评价。气浮试验台需要完成天线指向机构的重力卸载和性能测试，主要包括两个关节的转角精度和输出力矩，其中能够反映重力卸载精度的主要是关节输出力矩。因此对影响关节驱动力矩的多个因素进行分析，包括：可调弹簧机构的弹力、水平轴负载平衡程度、水平关节与气浮主轴同轴度、气浮垫与气浮主轴的粘滞阻力、花岗岩平台的水平程度。通过层次分析法，得出各个影响因素的权重系数，求得试验台的重力卸载精度。最后，根据设计的试验台结构，搭建了气浮试验台并进行了实验研究。进行了花岗岩台面水平程度的测量、通过气路的通断测试了气浮元器件的有效性、对气浮主轴和其两端的连接件进行了同轴度测量、测试了水平轴负载的不平衡力矩，最后通过在试验台上测量两个关节的输出力矩并与理论值对比，得出了试验台的重力卸载精度。通过实验，进一步证明了卸载方法和仿真及理论分析的正确性。本文的主要贡献及创新点包括：（1）提出了一种分级同步重力卸载方法，该方法能够对卫星天线指向机构的两个关节分别进行重力卸载，在地面提供其运行的微重力环境；（2）设计了一种负载结构，能够对两个串联的正交关节的转动惯量解耦；提出了一种基于给定频率的结构优化设计方法，能够在给定质量、惯量及频率的约束下完成结构设计；（3）对牛顿-欧拉法推导动力学模型过程中的受力平衡方程进行修正，增加了卸载力对应的项目，明确了卸载力的作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 134页 |
| 分类号 | V443.4 |
| 源URL | [http://119.78.100.139/handle/173321/21795]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_空间自动化技术研究室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨国永. 星载天线指向机构地面测试系统设计与实验研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2018. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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