【摘要】：指向平台技术在航天和军工方面具有广泛应用，受到了众多学者的关注。我国深空探测、光通信、激光武器等新技术的飞速发展，对指向平台提出了更高的技术要求。受平台结构形式、驱动形式、传感器以及技术水平等因素制约，现有的指向平台在负载能力、体积重量、指向精度等方面存在一定的不足。因此，研制负载能力强、指向精度高且体积和重量小的指向平台对推动指向平台的技术发展具有重要意义。 论文来源于国家部委预研项目“基于球齿轮传动的新型指向机构技术研究”。文章在总结现有指向平台优缺点的基础上，提出了一种新型指向平台设计方案。围绕该设计方案，论文进行了结构设计与分析、运动学和动力学建模研究、误差分析以及运动控制系统等方面的研究。主要研究内容如下： 1.提出了基于球齿轮传动的新型指向平台系统设计方案。总结了现有指向平台的特点，指出其存在的不足。在此基础上，提出新型指向平台设计方案：采用宏动指向平台和微动指向平台相结合的二级指向平台形式；采用球齿轮齿盘传动和XY轴结构设计宏动指向平台；采用柔性铰链传动设计微动指向平台。对球齿轮齿盘传动以及碟形弹簧进行了设计与分析；对柔性铰链构型进行了改进设计，计算了其柔度和运动精度，进行了有限元验证，并对其性能进行了数值分析和比较。在此基础上设计了二维柔性铰链和微动指向平台。 2.建立了新型指向平台的运动学和动力学模型。在分析球齿轮齿盘传动、XY轴结构形式的基础上，建立了宏动指向平台的运动学模型，并采用拉格朗日方程法建立了其动力学模型，并分别对其模型进行了仿真验证；在对微动指向平台结构进行一定简化的基础上，建立了微动指向平台的运动学模型，采用拉格朗日方程法建立其动力学模型，并进行了仿真验证。 3.对新型指向平台的误差问题进行了研究。分析了指向平台的误差源，在运动学模型基础上，采用多体系统运动学方法建立了新型指向平台的误差模型。为进一步提高其指向精度，对部分结构的弹性变形等因素进行了详细分析。在上述误差模型的基础上，对系统指向误差进行了仿真研究，采用最小二乘法进行参数辨识，并对其补偿结果进行了仿真分析和验证。 4.建立了新型指向平台的运动控制系统。提出了指向平台运动分层控制系统的总体方案，并对其硬件和软件设计进行了说明。根据动力学理论模型，推导了指向平台的被控模型。在此基础上，考虑前文建立的指向平台误差模型和系统非线性强耦合特性，设计了包含误差补偿器的BP网络PID解耦控制器，进行了控制系统仿真分析。 5.建立了多套新型指向平台的原理样机并进行了相关的试验工作。为选择合适的设计方案，建立了采用不同驱动形式和传动形式的新型指向平台原理样机四套，并对其优缺点进行了详细分析和比较；在确定设计方案的基础上，对文中研究的指向平台进行了试验与分析，验证了文中的理论分析结果和原理样机的部分性能指标。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH132.41
【参考文献】
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2724737
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