六轴微振动试验平台的研究

发布时间：2017-11-06 01:05

本文关键词：六轴微振动试验平台的研究

【摘要】：地面振动试验,是检测航天精密设备的性能的有效手段。随着航天精密设备的要求不断提高,需要地面振动试验更加准确的对航天振动环境进行模拟。准确对航天环境进行模拟再现的重要手段就是多轴振动试验。Stewart机构是一种空间六自由度高精度运动平台,将Stewart机构理论与振动技术结合,开展六轴振动技术的研究具有重大战略意义。为此,本文提出了一种基于Stewart平台的六轴微振动试验平台。采用理论与仿真的方式对六轴微振动试验平台进行研究。其主要工作为:1.对Stewart平台的动力学建模的几种方法进行了描述和对比。针对六轴微振动试验平台的设计需求,采用牛顿-欧拉方法在考虑虎克铰的安装位置、铰链摩擦力的情况下,对六轴微振动试验平台的完整动力学模型进行了推导。利用六轴微振动试验平台的动力学模型对铰链摩擦力对平台动力学特性的影响进行了分析。得出了平台运动速度越大铰链摩擦力对平台动力学特性影响越明显的结论。提出了使用柔性铰链代替传统机械铰链的结构设计方案。2.针对六轴微振动试验平台需要在振动试验中始终保持良好的结构刚度的要求,提出了一种以平台最小刚度为优化目标的构型参数优化方案。对平台的最小刚度计算公式进行了推导。利用免疫遗传算法对六轴微振动试验平台的构型参数进行了优化,得到了满足最优最小刚度时平台的构型参数。3.对柔性球铰的特性进行了分析,确定了柔性球铰的抗弯刚度系数、抗扭刚度系数以及屈服强度与其结构参数的关系。利用六轴微振动试验平台的动力学模型,求解出了平台在进行振动试验时球铰的最大转角和最大受力。对六轴微振动试验平台的柔性球铰进行了设计。通过有限元软件HYPERMESH进行强度分析,验证了所设计的柔性球铰满足强度设计要求。4.对六轴微振动试验平台的驱动器(音圈电机)进行了理论建模。以音圈电机的输出位移为反馈设计了PID和鲁棒PID控制系统。将PID和鲁棒PID控制系统的阶跃响应进行对比,得出了鲁棒PID控制系统具有更好性能。针对六轴微振动试验平台,提出了一种基于支腿位移和速度反馈的鲁棒PID控制。通过在SIMULINK对六轴微振动试验平台的控制系统进行仿真,验证了所设计的控制系统具有良好的正弦信号跟踪能力和抗干扰能力。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V416.8

【参考文献】

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1 次永伟;邱大芦;付乐平;邵小平;;航天器振动试验控制技术进展[J];动力学与控制学报;2014年03期

2 马永杰;云文霞;;遗传算法研究进展[J];计算机应用研究;2012年04期

3 兴连国;周惠兴;侯书林;曹荣敏;;音圈电机研究及应用综述[J];微电机;2011年08期

4 于靖军;裴旭;毕树生;宗光华;张宪民;;柔性铰链机构设计方法的研究进展[J];机械工程学报;2010年13期

5 张振华;杨雷;庞世伟;;高精度航天器微振动力学环境分析[J];航天器环境工程;2009年06期

6 葛继科;邱玉辉;吴春明;蒲国林;;遗传算法研究综述[J];计算机应用研究;2008年10期

7 张正平;王宇宏;朱曦全;;动力学综合环境试验技术现状和发展[J];装备环境工程;2006年04期

8 刘道标;宦海祥;;振动试验方法的研究及发展趋势[J];环境技术;2006年03期

9 赵保平;王刚;高贵福;;多输入多输出振动试验应用综述[J];装备环境工程;2006年03期

10 马兴瑞;于登云;韩增尧;邹元杰;;星箭力学环境分析与试验技术研究进展[J];宇航学报;2006年03期