高精度衛(wèi)星上的光學(xué)載荷需要隔離振動來保證指向精度和成像質(zhì)量,而衛(wèi)星上用以姿態(tài)控制的控制力矩陀螺（CMG）在運行時會對衛(wèi)星本體產(chǎn)生擾動力和擾動力矩,影響光學(xué)載荷的設(shè)計指標。本文以CMG這類典型的衛(wèi)星姿態(tài)控制設(shè)備為研究對象,通過實驗獲得其振動特性,并在此基礎(chǔ)上考慮姿態(tài)控制過程中調(diào)姿振動與六自由度隔振系統(tǒng)模態(tài)振型之間的耦合引起的共振現(xiàn)象,選擇集群式CMG的安裝方式實現(xiàn)兩者間的穩(wěn)定運行。而后根據(jù)理論分析對隔振系統(tǒng)的設(shè)計進行優(yōu)化和有限元仿真,最后通過實驗驗證了隔振系統(tǒng)在微振動抑制上的有效性。 

【文章來源】：強度與環(huán)境. 2020,47(04)CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

控制力矩陀螺示意圖Fig.1SchematicdiagramofcontrolmomentGyro

第47卷第4期廖寶鵬等考慮姿態(tài)控制的控制力矩陀螺微振動抑制研究11444211122222211()()()2211()()221111()2222ppiariiriiiiixxxyyyzzEEkkkkxkxkykykzkkkvevv（9）其中各個剛度為（未列出的剛度值為0）2221222122222222222212124(()coscos)4(()cossin)4(()sin)4(()sin)4(()sin)4(()()(cossincoscos))4()cosxxraryyrarzzrarrarrarrarxarkkkkkkkkkkkkkbkkkkakkkkkabkkabkakk21221sincos4()cossinsinyarkbkk（10）求出質(zhì)量矩陣和剛度矩陣后，可以構(gòu)造隔振系統(tǒng)的頻率行列式方程2KM0，求解即可得到隔振系統(tǒng)的六階固有頻率，而后針對CMG的實際工況對系統(tǒng)固有頻率提出的約束條件，對隔振系統(tǒng)動力學(xué)模型中的參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。2.2單CMG隔振系統(tǒng)與姿態(tài)控制系統(tǒng)的耦合共振效應(yīng)傳統(tǒng)隔振系統(tǒng)的設(shè)計需要針對每個CMG的振動特性，來配備相應(yīng)的隔振系統(tǒng)，如圖5所示。以達到每個CMG的擾動力/力矩均有隔振效果。然而，當衛(wèi)星在進行姿態(tài)控制時，CMG的內(nèi)框會沿其軸線進行微小的往復(fù)轉(zhuǎn)動以指向需要的方向[12]，如圖6所示也是一個不可避免的振動源。在實際工程中，為了使衛(wèi)星姿態(tài)控制更加靈敏，需要保證CMG內(nèi)框沿軸線微位移往復(fù)轉(zhuǎn)動的頻帶覆蓋10Hz到100Hz，且附有隔振系統(tǒng)的CMG一階固有頻率需要大于23Hz。此時，通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，當起始隔振頻率為23Hz時，隔振系統(tǒng)某一模態(tài)振型所對應(yīng)的固有頻率會與CMG的調(diào)姿振動發(fā)生耦合進而導(dǎo)致共振。這是因為裝

kkkkkkkkkkkkkbkkkkakkkkkabkkabkakk21221sincos4()cossinsinyarkbkk（10）求出質(zhì)量矩陣和剛度矩陣后，可以構(gòu)造隔振系統(tǒng)的頻率行列式方程2KM0，求解即可得到隔振系統(tǒng)的六階固有頻率，而后針對CMG的實際工況對系統(tǒng)固有頻率提出的約束條件，對隔振系統(tǒng)動力學(xué)模型中的參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。2.2單CMG隔振系統(tǒng)與姿態(tài)控制系統(tǒng)的耦合共振效應(yīng)傳統(tǒng)隔振系統(tǒng)的設(shè)計需要針對每個CMG的振動特性，來配備相應(yīng)的隔振系統(tǒng)，如圖5所示。以達到每個CMG的擾動力/力矩均有隔振效果。然而，當衛(wèi)星在進行姿態(tài)控制時，CMG的內(nèi)框會沿其軸線進行微小的往復(fù)轉(zhuǎn)動以指向需要的方向[12]，如圖6所示也是一個不可避免的振動源。在實際工程中，為了使衛(wèi)星姿態(tài)控制更加靈敏，需要保證CMG內(nèi)框沿軸線微位移往復(fù)轉(zhuǎn)動的頻帶覆蓋10Hz到100Hz，且附有隔振系統(tǒng)的CMG一階固有頻率需要大于23Hz。此時，通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，當起始隔振頻率為23Hz時，隔振系統(tǒng)某一模態(tài)振型所對應(yīng)的固有頻率會與CMG的調(diào)姿振動發(fā)生耦合進而導(dǎo)致共振。這是因為裝有隔振系統(tǒng)的CMG有一階振型是沿著CMG內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸方向的扭轉(zhuǎn)，此時調(diào)姿振動的振型與隔振系統(tǒng)的振型較為相似，會引發(fā)兩者的共振，這不僅不能隔振，還會放大CMG的擾動力/力矩，甚至損壞CMG。圖5單個CMG的隔振系統(tǒng)Fig.5VibrationsuppressionsystemofsingleCMGa）俯視圖b）側(cè)視圖圖6CMG的調(diào)姿振動Fig.6Attitude-adjustingvibrationofCMG為了避免調(diào)姿振動與隔振系統(tǒng)耦合導(dǎo)致的共振，傳統(tǒng)方法是將隔振系統(tǒng)的起始隔振頻率大于調(diào)姿頻帶的上限，在?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]衛(wèi)星主動熱控離心泵的振動抑制研究[J]. 柳超然,龐世偉,鄭紅陽,王德偉,于開平,李晗輝.  強度與環(huán)境. 2018(06)
[2]衛(wèi)星微振動及控制技術(shù)進展[J]. 孟光,周徐斌.  航空學(xué)報. 2015(08)
[3]航天器系統(tǒng)級減振/隔振應(yīng)用研究及其進展[J]. 陳健,馮淑紅,柳征勇,唐國安.  強度與環(huán)境. 2013(05)
[4]控制力矩陀螺在天宮一號目標飛行器姿態(tài)控制上的應(yīng)用[J]. 張志方,董文強,張錦江,何英姿.  空間控制技術(shù)與應(yīng)用. 2011(06)
[5]高精度航天器微振動建模與評估技術(shù)最近進展[J]. 龐世偉,楊雷,曲廣吉.  強度與環(huán)境. 2007(06)

碩士論文
[1]應(yīng)用控制力矩陀螺的衛(wèi)星姿態(tài)控制研究[D]. 朱津津.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：3325506