飞轮减振实验平台被动减振机理及其多学科设计优化

摘要

航天器飞轮工作时产生的振动是影响有效载荷工作的主要扰动源，国内外学者通过各种方法对飞轮的振动进衰减控制，以减少有效载荷的振动响应，提高航天器有效载荷的分辨率。
　　 为此，本文以武器装备预研重点基金项目[9140A2011QT4801]为依托，建立了基于形状记忆合金被动减振的飞轮控制系统，采用虚拟样机仿真与实验相结合的方法验证了该系统的有效性，并对其进行了多学科设计优化，论文的创新点和主要研究工作如下:
　　 (1)从其本构模型及性质出发分析了其耗能减振原理，采用模糊层次分法对当前研究应用较多的几种形状记忆合金材料进行定性及定量的对比，指出TiNi记忆合金在工程应用领域的优势。
　　 (2)采用形状记忆合金被动减振方式构建了飞轮控制系统及其动力学模型，飞轮控制系统被动减振机理分析、仿真分析一致表明，基于形状记忆合金被动减振的飞轮控制系统的振幅随着记忆合金弹簧-阻尼结构阻尼值的增加而明显减小，在不同频率下，基于记忆合金弹簧-阻尼结构的被动减振飞轮控制系统模型的振动幅值要比非减振飞轮控制系统模型振动幅值降低明显，并具有较好振动衰减效果。
　　 (3)采用iSIGHT集成ADAMS的方法建立了飞轮减振实验平台的多学科设计优化模型，通过iSIGHT对模型进行优化分析，得出最优解。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 卫星飞轮系统

1．2．1 飞轮在航天器姿控系统中的作用

1．2．2 飞轮的工作原理

1．3 飞轮系统产生扰振的原因及减振研究的意义

1．3．1 飞轮系统产生扰振的原因

1．3．2 飞轮减振研究的意义

1．4 国内外对飞轮减振的研究现状

1．4．1 被动控制方面

1．4．2 主动控制方面

1．4．3 主被动一体化控制

1．5 本文主要内容

第2章 形状记忆合金的减振性能

2．1 SMA材料的特点

2．1．1 形状记忆效应

2．1．2 相变超弹性

2．1．3 阻尼特性

2．2 SMA的力学性质

2．3 SMA材料的被动减振机理分析

2．4 基于模糊层次分析法的SMA材料性能比较

2．4．1 几种常用的SMA材料

2．4．2 建立材料性能层次分析结构模型

2．4．3 建立模糊一致矩阵的

2．4．4 计算权重

2．5 减振元件设计方法

2．6 本章小结

第3章 基于形状记忆合金被动减振的飞轮控制系统非线性振动分析

3．1 基于形状记忆合金被动减振的飞轮控制系统非线性振动模型

3．2 基于形状记忆合金被动减振的飞轮控制系统非线性振动分析

3．3 飞轮控制系统被动减振动力学仿真分析

3．3．1 飞轮控制系统被动减振动力学模型

3．3．2 模型的参数化设计

3．3．3 飞轮控制系统被动减振动力学仿真结果

3．4 飞轮控制系统被动减振实验

3．5 本章小结

第4章 飞轮减振实验平台多学科设计优化

4．1 多学科设计优化

4．1．1 多学科设计优化的基本思路

4．1．2 多学科设计优化问题描述

4．2 多学科设计优化方法

4．2．1 单级优化方方法

4．2．2 并行子空间优化算法

4．2．3 协同优化方法

4．3 飞轮减振实验平台的多学科设计优化方法选择

4．3．1 飞轮减振实验平台系统层次化

4．3．2 飞轮减振实验平台的标准优化方法

4．4 iSIGHT环境下飞轮减振实验平台设计优化

4．4．1 多学科优化软件iSIGHT

4．4．2 优化模型的建立

4．4．3 基于iSIGHT的优化流程的建立

4．4．4 软件的集成

4．4．5 优化设计

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表论文和从事课题