基于非线性特性的空间站转位机构拓扑优化

1

作者 刘汉武 李长军 +1 位作者 金小萍 张华 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期894-902,共9页

针对含非线性特性的空间站转位机构轻量化设计问题,建立了考虑非线性特性的结构/机构拓扑优化分析方法,通过模拟静力试验过程方法得到其力–位移曲线,按照特定的原则提取出非线性结构的等效刚度,得出转位机构捕获连接机构考虑非线性特... 针对含非线性特性的空间站转位机构轻量化设计问题,建立了考虑非线性特性的结构/机构拓扑优化分析方法,通过模拟静力试验过程方法得到其力–位移曲线,按照特定的原则提取出非线性结构的等效刚度,得出转位机构捕获连接机构考虑非线性特性的分析结果与静刚度试验结果误差在10%以内,满足工程实际应用需要,说明了捕获连接机构非线性刚度分析方法的可行性.采用变密度法(SIMP),建立了含非线性特性的转位机构拓扑优化模型,开展了空间站转位机构中间支架拓扑优化分析和减重设计,结构减重24%.分析结果表明,转位机构满足刚度和强度要求,实现了空间站转位机构轻量化设计的目标,说明了该分析方法的有效性.本研究建立的含局部非线性特性的拓扑优化分析方法为空间站转位机构轻量化设计提供了解决途径,也为其他非线性结构机构拓扑优化提供了参考,同时为中国空间站重点工程项目的建设提供了技术支撑. 展开更多

关键词 中国空间站 转位机构 非线性 等效刚度 拓扑优化

下载PDF 职称材料

电路微导线激光驱动微滴喷射沉积打印

2

作者 陈萌 赵以时 +3 位作者 罗国虎 胡永祥 刘鲁江 张崇峰 《电加工与模具》 北大核心 2024年第5期54-58,共5页

激光驱动微滴打印是一种高分辨率、高柔性和材料适应性广的金属微增材制造工艺,能实现纯金属微结构打印。面向电路微导线打印,目前的激光驱动微滴沉积工艺规律认识还不清晰。因此基于纳秒光纤激光驱动微滴打印系统,实现了直径5μm的铜... 激光驱动微滴打印是一种高分辨率、高柔性和材料适应性广的金属微增材制造工艺,能实现纯金属微结构打印。面向电路微导线打印,目前的激光驱动微滴沉积工艺规律认识还不清晰。因此基于纳秒光纤激光驱动微滴打印系统,实现了直径5μm的铜微滴阵列的沉积,沉积位置偏差为±5μm。研究不同工艺参数下的激光驱动微滴沉积微导线形貌,发现由于存在微滴沉积位置偏差,交替沉积策略比微滴顺序沉积更适合打印微导线;当沉积微滴搭接间距减至1.5μm时,可形成联通的导线打印;微滴转移间距从50μm增至200μm,打印微导线的线宽增加约2倍;实现线宽为15μm的微导线打印,并通过四探针法测试获得的微导线电阻率为实体材料的9倍。 展开更多

关键词 脉冲激光 金属微滴 前向转移 微导线打印

下载PDF 职称材料

空间绳网捕获碰撞动力学分析与优化

3

作者 董淼 王宸 +2 位作者 朱锦耀 陈金宝 鲁超宇 《上海航天（中英文）》 CSCD 2024年第5期104-112,共9页

逐年增加的太空碎片以及失效卫星对空间轨道资源的可使用性和可持续性构成了极大威胁。空间绳网捕获作为一种新型高效的太空碎片清除方式,其核心部件——绳网系统的设计与优化是在轨捕获任务圆满完成的重要前提。本文重点关注空间绳网... 逐年增加的太空碎片以及失效卫星对空间轨道资源的可使用性和可持续性构成了极大威胁。空间绳网捕获作为一种新型高效的太空碎片清除方式,其核心部件——绳网系统的设计与优化是在轨捕获任务圆满完成的重要前提。本文重点关注空间绳网系统与目标物的碰撞过程,基于有限元法和赫兹理论建立空间绳网系统动力学和绳网-目标碰撞动力学模型,利用Abaqus对空间绳网不同构型及参数的捕获碰撞过程进行了仿真分析,借助Design-Expert在网目形状确定的基础上设计了三因素的响应曲面实验,经过多组实验数据的交互响应分析与优化,得到了最优的绳网构型以及参数。经过仿真验证,该绳网系统的最大接触法向力为83.9 N,最大滑移量为14.379 mm,最大弹性应变能为836.4 J,与优化目标量之间的差值均在7%以内。该优化策略减小了绳网捕获碰撞过程的接触法向力与滑移量,能够降低捕获过程中绳网缠绕、撕裂等意外发生的概率,同时保障了足够的弹性应变能以满足能量缓冲的要求,对空间绳网构型及参数设计具有一定的参考价值,可为空间在轨捕获任务提供安全可靠的保障。 展开更多

关键词 空间绳网 捕获碰撞 动力学分析 多目标多参数优化

下载PDF 职称材料

载人月球探测月面活动机器人的发展机遇及关键技术

4

作者 张崇峰 王慎泉 韩亮亮 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第5期553-561,共9页

世界航天领域迎来了月球探测的新热潮,在日益丰富、复杂的载人月球探测月面活动中,机器人可在人机联合探测、原位资源利用等任务中发挥积极作用。围绕月面机器人在载人探月月面活动中的应用,调研了国外载人月球探测计划中提出的机器人... 世界航天领域迎来了月球探测的新热潮,在日益丰富、复杂的载人月球探测月面活动中,机器人可在人机联合探测、原位资源利用等任务中发挥积极作用。围绕月面机器人在载人探月月面活动中的应用,调研了国外载人月球探测计划中提出的机器人任务及方案;结合我国载人月球探测规划,梳理分析了无人验证、航天员首次登月、科考与开发等不同阶段对机器人的配置需求和发展机遇;面向极端地形条件下的人机联合探测、联合大范围移动、熔洞宜居性探测等典型场景,设计了机器人的活动流程;梳理分析了月面机器人工程应用的关键技术及难点,可为我国载人月球探测月面活动机器人系统的设计提供技术参考。 展开更多

关键词 载人探月 月面活动 月面机器人 发展机遇 人机联合探测

下载PDF 职称材料

空间碎片拖曳移除的系绳收放控制系统设计与实现

5

作者 吴源兵 刘定国 +5 位作者 黄树勇 刘璟龙 杨青 柳志娟 张金娜 刘鲁江 《机械与电子》 2024年第11期42-48,共7页

针对空间碎片拖曳离轨过程中需要对系绳张力和速度进行精确控制的问题,提出了一种系绳收放控制系统设计方案。在系绳张力控制中采用了抑制超调和防止系绳松弛的控制策略,在避免系绳紊乱打结方面采用了双电机协同控制方法。通过全物理试... 针对空间碎片拖曳离轨过程中需要对系绳张力和速度进行精确控制的问题,提出了一种系绳收放控制系统设计方案。在系绳张力控制中采用了抑制超调和防止系绳松弛的控制策略,在避免系绳紊乱打结方面采用了双电机协同控制方法。通过全物理试验台开展了不同系绳长度下、不同张力和速度的系绳收放试验。试验结果表明,所提控制系统控制精度高,动态响应快,运行可靠,能够实现系绳收放任务目标,是空间碎片主动移除关键技术的突破。 展开更多

关键词 空间碎片移除 系绳控制系统 张力控制 协同控制

下载PDF 职称材料

载人月球车全向(全局)月面路谱模型研究

6

作者 张云侠 王卫军 +3 位作者 管西强 杨文淼 时军委 张崇峰 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第5期640-644,共5页

为保证载人月球车等月面高速移动机器人路谱模型的准确性和规范性,对月球表面月谱进行了数学建模与仿真。利用谐波叠加法建立了二维路谱模型,通过增加横向特征,建立了三维路谱仿真模型,并建立了月表陨石坑和石块的典型模型,从叠加了陨... 为保证载人月球车等月面高速移动机器人路谱模型的准确性和规范性,对月球表面月谱进行了数学建模与仿真。利用谐波叠加法建立了二维路谱模型,通过增加横向特征,建立了三维路谱仿真模型,并建立了月表陨石坑和石块的典型模型,从叠加了陨石坑和石块模型到三维的平坦月海、高地和崎岖月海的数学模型中,获得了典型月面路谱的数字化特征,该特征与月貌真实情况一致。该路谱模型可以作为载人月球车的平顺性和操纵稳定性动力学仿真模型的输入,为载人月球车的性能评价和优化奠定基础。 展开更多

关键词 载人月球车 月谱模型 汽车动力学 仿真

下载PDF 职称材料

柔性机械臂干扰力观测与无模型振动控制

7

作者 浦玉学 古妍 +1 位作者 张崇峰 邹怀武 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期1783-1791,共9页

为了抑制柔性机械臂运动过程中的非线性振动,提出一种基于干扰力在线观测的无模型轨迹跟踪和振动抑制混合控制策略。采用拉格朗日方程和奇异摄动法对存在未知干扰的柔性机械臂进行动力学建模和解耦,将其分解为表征刚性运动的慢变子系统... 为了抑制柔性机械臂运动过程中的非线性振动,提出一种基于干扰力在线观测的无模型轨迹跟踪和振动抑制混合控制策略。采用拉格朗日方程和奇异摄动法对存在未知干扰的柔性机械臂进行动力学建模和解耦,将其分解为表征刚性运动的慢变子系统和表征柔性振动的快变子系统;考虑到建模的复杂性和模型参数的不确定性,采用PD控制方法实现轨迹跟踪,并提出无模型自适应控制算法以实现柔性臂杆的非线性振动控制。针对未知外界干扰可能引起的控制发散问题,提出了改进的干扰力状态观测器,用于干扰力矩的在线估计和实时补偿,有效提高无模型振动控制算法的收敛性能。仿真试验结果表明,所提算法在存在干扰力的情况下对柔性机械臂的振动抑制效果显著,且具有良好的动态性能和鲁棒性。 展开更多

关键词 柔性机械臂 振动控制 无模型自适应控制 干扰观测器

下载PDF 职称材料

变负载条件下多体折展机翼改进自抗扰控制方法

8

作者 韩一凡 陈柏屹 +1 位作者 刘燕斌 陈金宝 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1762-1771,共10页

针对多体折展机翼在协调倾转过程中受到气动负载变化、重力换向及受外部干扰的问题,提出基于双曲正切函数与调相补偿结合的改进自抗扰控制策略.通过拉格朗日方程,将单元翼的气动负载作用于质心处,并给出重力项随机体姿态角的偏置,从而... 针对多体折展机翼在协调倾转过程中受到气动负载变化、重力换向及受外部干扰的问题,提出基于双曲正切函数与调相补偿结合的改进自抗扰控制策略.通过拉格朗日方程,将单元翼的气动负载作用于质心处,并给出重力项随机体姿态角的偏置,从而建立多体折展机翼的动力学模型.设计改进自抗扰控制器实现折展机翼的期望角度轨迹的跟踪,并选取合理的控制器参数对关节振动进行抑制.仿真结果表明,改进自抗扰控制方法在变负载条件下可以有效实现轨迹跟踪和关节振动的抑制,并在受到外界扰动时具有更小的跟踪误差和更好的动态性能及鲁棒性. 展开更多

关键词 多体折展机翼 拉格朗日法建模 变负载 自抗扰控制

下载PDF 职称材料

高超声速飞行器主动增阻的时间一致协同方法

9

作者 廖腾 刘燕斌 +3 位作者 陈柏屹 陈金宝 羊玢 杨博文 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1656-1665,共10页

针对三维空间中高超声速飞行器无动力滑翔段协同拦截运动目标的问题,提出了一种基于一致性理论的主动增阻时间协同方法。首先,给出三维空间的飞行器与目标相对运动方程,估计飞行器的剩余飞行时间。然后,基于多智能体一致性理论,设计了... 针对三维空间中高超声速飞行器无动力滑翔段协同拦截运动目标的问题,提出了一种基于一致性理论的主动增阻时间协同方法。首先,给出三维空间的飞行器与目标相对运动方程,估计飞行器的剩余飞行时间。然后,基于多智能体一致性理论,设计了有限时间偏置一致性协议,使各飞行器的剩余飞行时间与指定飞行器一致。同时,设计了一种主动增阻的方法,可降低对运动目标的信息需求,不与视线法向制导律耦合。最后,对多飞行器协同打击机动目标的任务场景进行了仿真验证,结果证明了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 有限时间一致性 协同制导律 机动目标 高超声速滑翔飞行器

下载PDF 职称材料

面向在轨组装的模组天线型面精度建模与调控算法研究

10

作者 秦礼 房光强 +1 位作者 郭俊康 曾令斌 《航天制造技术》 2024年第6期1-9,共9页

受制于航天器有限的运载能力,为实现更大结构尺寸星载天线的部署,在轨组装技术应运而生。本文针对面向在轨组装的模组天线精度保障问题,分析了在轨组装模组天线结构特点和型面精度调控方式,建立了设计缩比样机实验测试平台,构建了满足... 受制于航天器有限的运载能力,为实现更大结构尺寸星载天线的部署,在轨组装技术应运而生。本文针对面向在轨组装的模组天线精度保障问题,分析了在轨组装模组天线结构特点和型面精度调控方式,建立了设计缩比样机实验测试平台,构建了满足精度求解要求的模组天线型面精度分析有限元模型,通过缩比样机测试实验验证了有限元模型的准确性,构建了BP神经网络型面精度代理分析模型,提出了基于遗传算法的型面精度调控方法,并通过缩比样机结构算例验证了调控算法的有效性。 展开更多

关键词 在轨组装 型面精度 装配精度分析 代理模型 精度调控

下载PDF 职称材料

大尺寸天线在轨组装测量方案的设计与评价

11

作者 郭俊康 秦礼 +1 位作者 房光强 曾令斌 《成组技术与生产现代化》 2024年第2期1-15,共15页

针对在轨组装测量场景需求,提出了基于摄影测量与激光雷达扫描测量组合的测量方案设计与测量不确定度分析方法。对大尺寸结构型面几何测量的仪器和方法进行探讨,确定了在轨组装天线型面精度测量的总体方案,建立了摄影测量与激光雷达扫... 针对在轨组装测量场景需求,提出了基于摄影测量与激光雷达扫描测量组合的测量方案设计与测量不确定度分析方法。对大尺寸结构型面几何测量的仪器和方法进行探讨,确定了在轨组装天线型面精度测量的总体方案,建立了摄影测量与激光雷达扫描测量组合的测量不确定度分析计算模型;对在轨组装天线型面精度测量的多测站布局方案进行评价,并对测量不确定度受到的影响进行了分析,为大尺寸天线在轨组装测量方案的设计、评价与方案优化提供了依据。 展开更多

关键词 在轨组装 摄影测量 激光雷达扫描测量 不确定度 组合测量

下载PDF 职称材料

面向控制的变构型空天飞行器建模及特性分析

12

作者 高泽鹏 刘燕斌 +2 位作者 沈海东 陈金宝 彭寿勇 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1114-1123,共10页

针对空天飞行器爬升过程中,传统固定构型难以兼顾高低速气动性能的问题,提出了一种空天飞行器变构型调节策略。首先,提出了一种翼面伸缩的变构型方式,构建了含有表征飞行器构型变量的气动代理模型;其次,基于气动代理模型对飞行器气动和... 针对空天飞行器爬升过程中,传统固定构型难以兼顾高低速气动性能的问题,提出了一种空天飞行器变构型调节策略。首先,提出了一种翼面伸缩的变构型方式,构建了含有表征飞行器构型变量的气动代理模型;其次,基于气动代理模型对飞行器气动和配平特性进行分析,根据气动特性制定构型变化策略,根据配平特性提出质心位置匹配设计;然后,根据构型变量和爬升飞行平衡的约束,以控制输入最小为目标,优化得到了合适的质心位置,为不同构型的质心位置设计提供参考;最后,仿真结果表明变构型空天飞行器在爬升飞行任务中起到分担舵面负载和减小油门的作用,增加了飞行过程的稳定性。 展开更多

关键词 空天飞行器 变构型 平衡状态 代理模型 优化设计

下载PDF 职称材料