一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法技术

本发明专利技术一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法，适用于天文观测、高分辨率对地观测等具有载荷超高精度、超高稳定度、超敏捷控制需求的领域。本发明专利技术针对具有多级协同控制的航天器，提出了一种膜簧、柔性铰与作动单元并联一体控制结构设计方法，具有振动隔离、扰振抑制和精确指向调节的功能，实现主被一体挠性作动器过发射主动段抗力学环境的分析与应力优化设计，提升作动器过发射主动段的可靠性，可应用于主动指向超静平台设计，用于实现载荷超高精度、超高稳定度、超敏捷“三超”控制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法
本专利技术涉及一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法，属于航天器隔振机构设计领域。
技术介绍
未来高性能航天器提出了三超(超高精度、超高稳定度、超敏捷)控制的需求，然而，卫星上存在反作用力飞轮、太阳帆板驱动机构、天线伺服驱动、斯特林制冷机等活动部件，这些星上扰动源会产生随机振动和谐波振动，激发较大的加速度破坏卫星高静环境，进而影响航天器的姿态控制精度和稳定度。受限于传统姿态敏感器(星敏、陀螺)等测量精度和测量带宽限制，传统意义上的低带宽姿态控制系统无法在宽频域内对各种扰动力矩的影响实现有效抑制，仅基于卫星姿态控制来实现有效载荷的精稳指向控制的技术方案在现有技术条件下已经难以满足甚高精度指向和稳定控制要求；为此，提出在原有姿态控制系统基础上增加了具有振动隔离、扰振抑制和精确指向调节的主动指向超静平台，主动指向超静平台一般由多个主被动一体挠性作动器并联组成，通过主动指向超静平台中主被动一体挠性作动器的被动隔振控制，实现高频抖动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法，其特征在于步骤如下：/n(1)在航天器本体与载荷之间，设有主动指向超静平台；主动指向超静平台，包括N个主被一体挠性作动器，N个主被动一体挠性作动器并联安装，N个主被动一体挠性作动器共同作用实现载荷光轴的精确主动调节；每个主被动一体挠性作动器，包括：并行安装的挠性环节、作动单元和位移敏感器；挠性环节，包括：膜簧和柔性铰；膜簧与柔性铰分别与作动单元连接；挠性环节为被动部分，作动单元为主动部分；作动单元，包括定子和动子；作动单元能够使挠性环节沿轴向产生平动，位移敏感器能够测量作动单元的平动位移；/n(2)确定N个主被动一体...

【技术特征摘要】
1.一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法，其特征在于步骤如下：
(1)在航天器本体与载荷之间，设有主动指向超静平台；主动指向超静平台，包括N个主被一体挠性作动器，N个主被动一体挠性作动器并联安装，N个主被动一体挠性作动器共同作用实现载荷光轴的精确主动调节；每个主被动一体挠性作动器，包括：并行安装的挠性环节、作动单元和位移敏感器；挠性环节，包括：膜簧和柔性铰；膜簧与柔性铰分别与作动单元连接；挠性环节为被动部分，作动单元为主动部分；作动单元，包括定子和动子；作动单元能够使挠性环节沿轴向产生平动，位移敏感器能够测量作动单元的平动位移；
(2)确定N个主被动一体挠性作动器在卫星发射段的结构连接形式；
(3)根据步骤(2)的结构连接形式，建立主被动一体挠性作动器零位状态下的简化等效有限元模型；
(4)设置步骤(3)建立的主被动一体挠性作动器零位状态下的简化等效有限元模型的边界条件、连接条件以及力学输入条件，采用有限元分析软件进行主被动一体挠性作动器零位状态的随机响应分析，获得主被动一体挠性作动器中挠性环节中膜簧与柔性铰分别的最大应力；
(5)分别判断步骤(4)获得的主被动一体挠性作动器中膜簧和柔性铰最大应力是否均满足强度条件，如均满足，进行步骤(6)，否则，判定步骤(2)确定N个主被动一体挠性作动器在卫星发射段的结构连接形式不能满足卫星发射段的要求：
(6)判断主被动一体挠性作动器中，柔性铰的最大应力与柔性铰材料屈服强度的比值，和膜簧的最大应力与膜簧材料屈服强度的比值，之间的相对偏差是否小于阈值ε，如满足，则判定步骤(2)确定的结构连接形式满足卫星发射段的要求，否则，判定步骤(2)确定的结构连接形式不能满足卫星发射段的要求，实现了挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡。


2.根据权利要求1所述的一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法，其特征在于：步骤(2)确定N个主被动一体挠性作动器在卫星发射段的结构连接形式，具体为：
在卫星发射段中，将N个主被动一体挠性作动器，进行分组，每组由两个主被动一体挠性作动器组成；每组中的两个主被动一体挠性作动器的一端通过上连接座与载荷连接；每组中的两个主被动一体挠性作动器的另一端通过下连接座与航天器本体连接；两个主被动一体挠性作动器的轴线呈一定角度α，α小于180°；上连接座和下连接座之间设置锁定块，对主被动一体挠性作动器进行锁定，主被动一体挠性作动器呈零位状态。


3.根据权利要求1所述的一种基于三超控制的主被一体挠性作动器挠性环节与作动单元一体化应力均衡方法，其特征在于：(3)根据步骤(2)的结构连接形式，建立主被动一体挠性作动器零位状态下的简化等效有限元模型，具体如下：
在主被动一体挠性作动器零位状态下的简化等效有限元模型中，所述的主被动一体挠性作动器中的膜簧采用壳单元；柔性铰采用实体单元；连接两个主被动一体挠性作动器的上连接座、下连接座以及上连接座和下连接座之间的锁定块采用实体单元；膜簧和柔性铰之间的连接结构和动子共同形成的组合结构简化等效为相对组合结构质心位置的等效集中质量单元1；膜簧与航天器本体之间的结构简化等效为相对该结构质心位置的等效集中质量单元2。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王有懿，汤亮，袁利，关新，姚宁，宗红，冯骁，郭子熙，张科备，郝仁剑，刘昊，龚立纲，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11