空间微振动多维扰动力测试技术研究

发布时间：2020-07-08 13:44

【摘要】：微振动形式复杂,具有幅值小、频率分布范围广及振动多向等特点,在高分辨率空间遥感卫星的研制过程中,微振动对其指向精度和成像质量等性能的影响是不可忽视的。为了预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的振动抑制措施,精确采集振源的扰动数据是其中最基础的环节,也是空间微振动研究的重要保障。同时,随着空间载荷越来越大,特别是空间望远镜等大型设备的研制,其内部振源的质量越来越大,输出扰动形式也越来越复杂,现阶段针对于振源的微振动测试能力已很难满足其发展需求。因此研究与之相关的微振动测试技术及振源扰振特性分析等关键技术,对于大型空间望远镜的研制具有重要的意义。本文对微振动测试技术的观测理论开展了研究,分析了微振动测力平台传感器的分布对测试精度的影响,并通过试验对理论模型进行了验证,确定了平台八分量的冗余布局方式,分析表明:该平台布局可以有效地提升刚度及承载能力,同时也能兼顾四分离并联式的优点,降低误差干扰以及数据计算量。针对微振动传递过程中的刚柔耦合特性,本文分别采用了广义逆传递模型和基于机械阻抗原理建立的耦合传递模型方法。其中,广义逆法通过耦合传递矩阵表示刚性安装基础与弹性安装基础下的振源扰动特性之间的关联;耦合传递模型表示振源和安装结构频响特性之间的函数关系,并对模型进行了解耦分析。最后通过试验样机对两种不同的建模方法进行了验证,与分析值进行比对,可知:不同的建模方法都可以准确地验证结构耦合状态下的振源的频率分布,其中耦合传递模型对扰振幅值的预测精度在15%以内。根据微振动观测理论的分析结果,并基于传递模型的设计要求,本文针对大型空间望远镜的振源特点设计了以压电式为核心的测力平台。针对于平台的承载能力及精度等指标,对传感器的晶组尺寸、分载特性以及平台的外部结构进行了分析、设计与测试;并基于有限元模态理论对平台的刚度进行了参数化的仿真分析,对传感器的位置进行了细化,通过仿真分析以平台刚度为目标函数进行了择优化处理。考虑到微振动的扰振形式及宽频特性,本文采用了基于FFT变换的动态频域标定方法,将振源的结构耦合引入到标定矩阵之中,并通过搭建不同的标定及测试系统完成了平台的静态及动态标定,以及平台的静、动态力学特性检测。测试结果表明,力及力矩的分辨率可以达到0.001 N/0.0001 Nm,在0-800 Hz的测试范围内,动态线性度在0.1%FS以内,动态测试误差大部分在5%以内,静态测试误差在5%以内,在40 k N的测试范围内,六维广义力的测试线性度在0.1%FS以内,重复度在0.1%FS以内。在微振动测试理论的指导下,并基于空间微振动多维扰振力测试技术,本文对空间用动量轮的扰振机理进行了系统的分析。为了分离各因素对振源扰振特性的影响,本文在刚性边界条件测力平台基础上研制了弹性边界条件测力平台及六分量柔性边界条件测力平台,对动量轮在不同刚度安装条件下的扰振分布及特性进行了检测与分析。依据测试数据在动量轮经典扰动模型的基础上,提出了改进的动量轮扰动模型,通过试验与仿真结果对比,该改进模型可以更加准确的反映不同刚度安装条件下的动量轮扰动特性,通过该模型可以在卫星平台上更加灵活准确地建立定量化的方法,为高分辨率卫星提高成像质量提供设计依据。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V414
【图文】：

曲线,传递函数,幅值,动态线性度

4度的冲击力施加到标定工装各个标定点，以获得标定点及各传感器输出之间的传递函数曲线，为了获取动态线性度，需要得到不同输入冲击力下的平台结构跨点传递函数曲线，如果结构动态线性度较好，随着输入力幅值的变化，曲线应保持足够的一致性，为此可用于表征传感器在轴向和剪切方向上的动态线性度。

飞轮,线性

飞轮的 Fx的瀑布图曲线如图5.12 所示。通过曲线，1 号飞轮在 50 Hz、100 Hz 和 150 Hz 左右产生很多与转速无关的扰动干扰，同时该频率段之间也不存在结构的固有频率，这种现象在两种测试台上都会产生，所以可断定是由于 1 号飞轮自身产生的干扰，在数据预处理时需要保留原始数据，对于这种精密加工的调姿机构，这种差异性也是合理的。a

流程图,参数辨识,流程图,线性参数

(1)jα ，并首次估计方差(1)E ；一般地，(1)E 不满足预设精度 μ ，给ω小变数(0)ij ω 、(0)ij ξ ，得到第二次迭代的固有频率和阻尼比：(1) (0) (0)ij ij ijω = ω + ω ，(1) (0) (0)ij ij ijξ = ξ + ξ.式（5.17）得到线性参数的第二次估计值(2)jα ，并第二次估计方否满足(2)E≤ μ，若不满足，再次修改(1)ijω 、(1)ijξ ，重复该过程，直此时的线性参数jα 和非线性参数ijω 、ijξ 作为最终的估计值。 5.32 给出了上述过程的流程图。

【参考文献】