多维构架式天线展开机构力学性能及运动特性测试系统研究

摘要

随着航天事业的不断发展，太空卫星的运行能力不断提升，卫星天线的空间侦查技术和扫描范围在逐步升级更新，对其跟踪和搜索能力的要求越来越高。由于卫星本身在太空中处于漂浮状态，其运动状态有很强的时变性，这就要求天线展开机构（指向系统）有较强的灵活性和高的精度。然而，天线展开机构在运动的过程不可避免的受到柔性驱动关节、反射面扰动、空间环境等因素影响。其自身的结构复杂性、工作环境的特殊性和干扰因素多等特点，使得天线展开机构力学性能和运动特性研究成为天线展开机构性能研究的难题之一。其工作性能的研究对卫星正常运行有至关重要的作用，能为卫星提供有力的工作保障。目前，我国对其性能的研究处于数学模型仿真和三维分析阶段，能为其提供一个测试性能台显得迫在眉睫。本文主要针对多维构架式天线展开机构力学性能及运动特性测试系统进行研究，详细讲述了测试系统的工作原理及设计方法，为天线展开机构的稳定工作提供依据。本论文的主要研究内容如下:
　　(1)总结了天线展开机构的国内外研究现状，分析了天线展开机构的工作特点。对“天线展开机构力学性能及运动特性测试系统”的结构组成以及其工作原理进行了详细设计。
　　(2)为了给天线展开机构提供一个太空失重的环境，本文提出采用质心吊挂法抵消天线各部件的重力，既能满足零重力环境的要求，又能有效的配合天线各部件完成各姿态的运动。
　　(3)基于有限元分析软件ANSYS，对测试系统中的重要零部件进行了强度、刚度和高低温变形进行了校核分析;利用数学模型仿真软件MATLAB，对系统的力控制精度和性能加载精度进行了仿真分析;利用动力学仿真软件ADAMS对天线展开机构进行运动特性的仿真。
　　(4)为了使测试系统试验更加准确，本论文给测试系统提供了稳定的高低温环境，并对高低温环境中测试系统各构件进行工作性能分析，对未能满足高低温的元器件采取了相应的补偿措施。
　　(5)通过对测试系统工作原理的分析，对控制系统进行了简单的方案设计。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外天线展开机构及相关技术研究现状

1．2．1 天线展开机构国外研究现状

1．2．2 天线展开机构国内研究现状

1．2．3 零重力地面仿真研究现状

1．3 本课题来源及主要研究内容

1．3．1 本课题来源

1．3．2 测试系统设计要求及主要研究内容

2．1 引言

2．2 系统原理分析及机构设计

2．2．1 升降架体设计

2．2．2 反转工作台设计

2．2．3 运动跟随机械臂系统设计

2．2．4 力平衡调节装置设计

2．2．5 性能加载装置设计

2．3 本章小结

第3章 系统精度计算与分析

3．1 力平衡系统精度分析

3．1．1 力精度控制分析

3．2 机械臂有限元精度分析

3．2．1 有限元法和ANSYS简介

3．2．2 机械臂有限元分析

3．3 力矩加载系统精度分析

3．3．1 加载系统设计

3．3．2 加载系统建模

3．3．3 影响加载精度分析

3．3．4 加载精度分析

3．4 天线展开机构运动特性ADAMS仿真

3．4．1 ADAMS软件介绍

3．4．2 展开机构运动特性仿真

3．5 功能及指标符合性分析

3．5．1 功能符合性分析

3．5．2 指标符合性分析

3．6 本章小结

第4章 高低温环境影响分析及相关补偿措施

4．1 高低温环境对机械系统影响及相应补偿措施

4．1．1 高低温环境关键部件变形分析

4．1．2 高低温环境下轴承选择及润滑

4．2 高低温环境对电气系统影响及相应补偿措施

4．3 高低温环境下系统防锈蚀措施

4．4 本章小结

第5章 控制系统方案设计

5．1 控制系统设计思路

5．2 控制系统组成

5．2．1 功能简介

5．2．2 控制策略

5．3 电系统干扰抑制

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 后续工作及展望

参考文献

致谢