高精度衛(wèi)星上的光學(xué)載荷需要隔離振動(dòng)來(lái)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(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)衛(wèi)星本體產(chǎn)生擾動(dòng)力和擾動(dòng)力矩,影響光學(xué)載荷的設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文以CMG這類典型的衛(wèi)星姿態(tài)控制設(shè)備為研究對(duì)象,通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得其振動(dòng)特性,并在此基礎(chǔ)上考慮姿態(tài)控制過(guò)程中調(diào)姿振動(dòng)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(shí)現(xiàn)兩者間的穩(wěn)定運(yùn)行。而后根據(jù)理論分析對(duì)隔振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和有限元仿真,最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了隔振系統(tǒng)在微振動(dòng)抑制上的有效性。 

【文章來(lái)源】：強(qiáng)度與環(huán)境. 2020,47(04)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【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(dòng)抑制研究11444211122222211()()()2211()()221111()2222ppiariiriiiiixxxyyyzzEEkkkkxkxkykykzkkkvevv（9）其中各個(gè)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(duì)CMG的實(shí)際工況對(duì)系統(tǒng)固有頻率提出的約束條件，對(duì)隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(jì)需要針對(duì)每個(gè)CMG的振動(dòng)特性，來(lái)配備相應(yīng)的隔振系統(tǒng)，如圖5所示。以達(dá)到每個(gè)CMG的擾動(dòng)力/力矩均有隔振效果。然而，當(dāng)衛(wèi)星在進(jìn)行姿態(tài)控制時(shí)，CMG的內(nèi)框會(huì)沿其軸線進(jìn)行微小的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)以指向需要的方向[12]，如圖6所示也是一個(gè)不可避免的振動(dòng)源。在實(shí)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(dòng)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(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)起始隔振頻率為23Hz時(shí)，隔振系統(tǒng)某一模態(tài)振型所對(duì)應(yīng)的固有頻率會(huì)與CMG的調(diào)姿振動(dòng)發(fā)生耦合進(jìn)而導(dǎo)致共振。這是因?yàn)檠b

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(duì)CMG的實(shí)際工況對(duì)系統(tǒng)固有頻率提出的約束條件，對(duì)隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(jì)需要針對(duì)每個(gè)CMG的振動(dòng)特性，來(lái)配備相應(yīng)的隔振系統(tǒng)，如圖5所示。以達(dá)到每個(gè)CMG的擾動(dòng)力/力矩均有隔振效果。然而，當(dāng)衛(wèi)星在進(jìn)行姿態(tài)控制時(shí)，CMG的內(nèi)框會(huì)沿其軸線進(jìn)行微小的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)以指向需要的方向[12]，如圖6所示也是一個(gè)不可避免的振動(dòng)源。在實(shí)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(dòng)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(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)起始隔振頻率為23Hz時(shí)，隔振系統(tǒng)某一模態(tài)振型所對(duì)應(yīng)的固有頻率會(huì)與CMG的調(diào)姿振動(dòng)發(fā)生耦合進(jìn)而導(dǎo)致共振。這是因?yàn)檠b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(shí)調(diào)姿振動(dòng)的振型與隔振系統(tǒng)的振型較為相似，會(huì)引發(fā)兩者的共振，這不僅不能隔振，還會(huì)放大CMG的擾動(dòng)力/力矩，甚至損壞CMG。圖5單個(gè)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(dòng)Fig.6Attitude-adjustingvibrationofCMG為了避免調(diào)姿振動(dòng)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(xiàn)】：
期刊論文
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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(hào)：3325506