空间遥感器次镜多维调节装置的研究

发布时间：2017-10-28 02:08

  本文关键词：空间遥感器次镜多维调节装置的研究

  更多相关文章： 6-UPS并联机构 次镜多维调节装置 运动学模型 动力学模型 误差 运动学参数辨识

【摘要】：空间遥感器从地面发射到太空的过程中,由于受到发射冲击振动、温度变化、重力释放和气压改变等因素的影响,其光学组件间的相对位置关系可能发生改变。其中,主镜和次镜间相对位置的变化对光学系统的成像性能影响较大,需要设置调整环节,对其进行修正。由于主镜组件的体积和重量通常较大,多数光学系统不对其进行调整,而在次镜组件上设置调整环节,对系统的光学失调进行调整。主、次镜间相对位置的变化情况较为复杂,因此要求次镜调整机构应有多维调节功能。通过分析国外空间遥感器次镜的调节方案,综合考虑本课题中空间遥感器次镜的调节需求,本文确定采用6-UPS并联机构作为次镜的多维调节装置。根据次镜多维调节装置的结构特点,构建了以次镜中心为调节中心的次镜多维调节装置的逆运动学模型,速度和加速度求解模型。基于逆运动学模型,利用Newton法迭代求解次镜多维调节装置的正运动学,通过正运动学模型和逆运动学模型的相互验证,证明正运动学求解方法有效。通过对次镜多维调节装置进行受力分析,利用Newton-Euler法构建了机构的动力学方程。根据机构动力学方程,基于MATLAB/Simulink仿真环境构建次镜多维调节装置的动力学仿真模型,通过PD反馈控制实现机构的正逆动力学的求解。在次镜多维调节装置逆运动学的基础上,通过全微分法构建了机构的误差模型,由误差模型可知:机构位姿误差来源于6个支杆长度误差和12个铰链中心的位置误差,共42个误差项。对误差模型进行蒙特卡洛模拟,分析次镜多维调节装置动平台位姿误差的分布情况。本文通过对次镜多维调节装置的运动学参数辨识的研究,提出了一种快速有效的参数辨识方法,并且给出了参数辨识精度与机构外部测量设备的精度之间一一对应的关系。
【关键词】：6-UPS并联机构 次镜多维调节装置 运动学模型 动力学模型 误差 运动学参数辨识
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V443.5
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 空间遥感器次镜调节指标13-14
• 1.3 国内外次镜调节装置的研究现状14-18
• 1.3.1 VLT巡天望远镜14-15
• 1.3.2 哈勃太空望远镜15
• 1.3.3 维斯塔天文望远镜15-17
• 1.3.4 大双筒望远镜17-18
• 1.3.5 TNG望远镜18
• 1.4 次镜调节装置方案选择18-20
• 1.5 并联机构理论发展现状20-23
• 1.5.1 运动学理论20-21
• 1.5.2 动力学理论21-22
• 1.5.3 位姿误差分析理论22
• 1.5.4 运动学参数辨识理论22-23
• 1.6 论文主要研究内容23-26
• 第2章 次镜多维调节装置的运动学分析26-44
• 2.1 引言26
• 2.2 次镜多维调节装置的自由度26-27
• 2.3 次镜多维调节装置的位姿描述27-29
• 2.3.1 位置描述28
• 2.3.2 姿态描述28-29
• 2.4 次镜多维调节装置的逆运动学分析29-39
• 2.4.1 次镜多维调节装置的逆运动学模型29-30
• 2.4.2 次镜多维调节装置速度和加速度分析30-33
• 2.4.3 ADAMS仿真验证33-39
• 2.5 次镜多维调节装置正运动学分析39-41
• 2.5.1 Newton法求解正运动学39-41
• 2.5.2 正解算法的准确性验证41
• 2.6 本章小结41-44
• 第3章 次镜多维调节装置的动力学分析44-58
• 3.1 引言44
• 3.2 NEWTON-EULER动力学方程44-45
• 3.3 次镜多维调节装置NEWTON-EULER动力学方程45-52
• 3.3.1 单杆的动力学分析45-49
• 3.3.2 动平台的运动学和动力学分析49-51
• 3.3.3 驱动铰链的动力学分析51-52
• 3.4 反馈控制算法52-53
• 3.5 次镜多维调节装置动力学的仿真分析53-57
• 3.5.1 次镜多维调节装置动力学Simulink仿真模型53-55
• 3.5.2 Simulink模型仿真结果55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第4章 次镜多维调节装置的误差分析58-68
• 4.1 引言58
• 4.2 基坐标系下姿态的微分变换58-60
• 4.3 次镜多维调节装置的位姿误差模型的构建60-62
• 4.4 基于蒙特卡洛模拟的误差分析62-67
• 4.4.1 各误差项随机模型构建62-64
• 4.4.2 仿真实验64-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 次镜多维调节装置运动学参数辨识68-81
• 5.1 引言68
• 5.2 次镜多维调节装置的运动学参数辨识模型68-72
• 5.2.1 基于正运动学构建辨识模型69-70
• 5.2.2 基于逆运动学构建辨识模型70-72
• 5.3 次镜多维调节装置运动学参数辨识模型求解算法72-76
• 5.3.1 最小二乘问题72-73
• 5.3.2 非线性最小二乘法73-75
• 5.3.3 次镜多维调节装置运动学参数辨识模型求解算法75-76
• 5.4 次镜多维调节装置运动学参数辨识实验76-79
• 5.5 本章小结79-81
• 第6章 总结与展望81-84
• 6.1 总结81-82
• 6.2 展望82-84
• 参考文献84-90
• 在学期间学术成果情况90-91
• 指导教师及作者简介91-92
• 致谢92

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本文编号：1106175