摘要：对空间离轴相机在重力载荷作用下的系统波像差变化进行了集成仿真分析,同时研究了分析结果的精度。介绍了集成仿真分析技术的基本流程和关键技术,对比分析了ZERNIKE多项式拟合法与形函数插值法两种面形畸变转换接口算法的优劣。介绍了常用的两种形函数构造方法的基本原理,基于面积法构造形函数得到了光学元件面形畸变的接口文件。最后,在相机的光机结构装调完毕后,对系统波像差在重力载荷作用下的变化进行了测试。测试结果表明,该空间相机3个视场系统波像差的变化量分别为0.029 8λ(-1视场)、0.019 4λ(0视场)、0.052 3λ(+1视场),与分析结果基本吻合。3个视场分析结果的误差分别为0.002 4λ(-1视场)、-0.000 9λ(0视场)、0.007λ(+1视场,)均小于0.01λ,满足工程设计的要求,验证了集成仿真分析结果的准确性。此外,通过集成分析技术定量得到了不同影响因素对系统波像差的影响,基于此优化设计光机结构,改善了重力对空间相机3个视场系统波像差的影响。

摘要：在复杂工程系统的概念设计优化中,高精度数值分析方法得到广泛应用,将高精度数值分析与优化方法有机结合,对设计空间展开全面搜索与寻优,已经成为现代设计优化方法的重要发展方向。以水下滑翔机的概念设计为研究对象,引入代理模型,控制高精度分析试验的数量,有效地化解精度与效率之间的矛盾。将参数化几何建模、网格划分以及流体数值模拟分析集成为自动分析流程,并以此为基础采用试验设计理论,构建代理模型,解决水下滑翔机机翼的多目标设计优化问题。给出基于代理模型的设计优化过程,并系统地比较几种试验设计方法的适应性,重点讨论多项式响应面和径向基函数代理模型,所得代理模型相对误差小于2%。采用梯度寻优方法与遗传算法在给定设计空间内进行全面搜索,获得机翼的最佳平面构形,水下滑翔机的升阻比提高6.76%,俯仰力矩的绝对值由0.2760N·m降低为0.0015N·m,提高水下滑翔机的运动性能。

摘要：根据爆炸螺栓防护装置对结构尺寸的需求,设计了一种并联式联接结构的防护装置。结合爆炸螺栓阶梯状外形,采用防护挡板吸能变形的方法实现了星上爆炸螺栓的防护。研究了材料应力应变曲线在屈服阶段的特点,建立了以强度极限为衡量防护是否失效的阈值,以破坏应变与塑性应变的比值为评价防护装置安全性能的标准。然后,采用Abaqus/Explicit对防护装置的防护性能进行了碰撞仿真分析。最后,通过爆炸螺栓解锁试验验证了防护装置的防护性能。碰撞仿真分析表明:防护螺杆最大应力为897 MPa,小于该批次TC4材料的强度极限;最大塑性应变为2.2%,小于材料许用塑性应变2.6%;说明该防护装置在爆炸螺栓撞击下未发生破坏,具有足够的安全系数。爆炸螺栓解锁试验表明:防护挡板有轻微残余塑性变形,防护装置各零件结构完整、无破裂现象发生。这些结果说明:该防护装置结构紧凑,且能够安全有效地实现爆炸螺栓防护。

摘要：针对应用传统设计方法设计短时、长间隔的特种机器人常会导致机器人非常笨重的缺陷,推导了应力为模糊变量、强度为随机变量组合时的两端截尾分布下的模糊可靠性计算方法,并在排爆机器人设计中进行了应用．该方法可较好解决特种机器人由载荷不确定性而导致的可靠性问题,缩短了研发周期,减轻了机器人质量．

摘要：针对空间机械臂在地面装调与空间应用时,由于重力环境变化导致机械臂模型发生变化的问题,提出了一种自抗扰控制算法,用于完成空间机械臂轨迹跟踪控制的任务.该算法通过将系统模型及未知外扰作为系统的总和扰动,并利用扩张状态观测器对该扰动进行观测且给予补偿,从而提高了系统抗扰的性能.当机械臂模型随重力环境变化而发生变化时,使用同一个自抗扰控制器对其末端轨迹进行控制,均能取得较好的控制效果.通过对系统的稳定性进行分析,证明了所设计控制器的有效性.将仿真结果与PD控制及自适应鲁棒控制做比较,结果表明该控制算法不仅能适应机械臂模型的变化而且还能有效抵抗系统的扰动,从而使系统具有较强的鲁棒性.

摘要：针对伺服阀控制的、双螺旋副传动的七功能机械手肘关节存在液压系统强非线性、易受外界环境温度和压力变化引起的参数不确定性、外界未知强干扰和仅有位置和油液压力状态反馈的控制特点,提出基于鲁棒观测器的输出反馈鲁棒自适应控制方法.该方法利用反演控制器设计方法对耦合的不确定系统参数和未知状态进行解耦,结合鲁棒观测器和鲁棒自适应控制器设计方法分别对未知状态和不确定参数进行观测和估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐进稳定的控制性以及系统状态的有界性,解决了同时存在系统参数不确定性和部分未知状态相耦合的鲁棒控制问题.以国家高科技发展计划4 500m深海作业系统的七功能主从液压机械手肘关节作为研究对象,使用提出的控制方法进行在未知外界干扰下的对比研究.实验结果表明,闭环系统可以很好地跟踪参考轨迹,具有较强的鲁棒性,能够获得令人满意的稳态精度和动态性能;修正后的参数自适应律能够保证在外界未知干扰下估计参数的有界性.

摘要：针对目前水平冻结壁设计中存在的不足,在考虑冻结壁内侧岩土体开挖卸荷作用的情况下建立了圆形水平冻结壁与围岩相互作用弹性力学模型,得到了其应力、位移解析解,着重分析了冻结壁内缘的受力情况,并基于不同屈服准则建立了冻结壁厚度的计算公式,分析了各因素对冻结壁厚度的影响。研究结果表明:考虑与围岩相互作用可有效降低水平冻结壁厚度,相互作用越强,厚度越小;冻结壁厚度随水平侧压力系数增大而减小,随其埋深增大而增大,与此相比,泊松比的影响可忽略不计;考虑到冻土为摩擦型材料,建议计算时采用Mohr-Coulomb屈服准则。

摘要：针对产品设计过程中的多学科冲突解耦问题,提出一种鲁棒的协同决策方法。该方法采用区间形式表示不确定性的设计参数并基于非合作博弈理论将多学科协同决策描述成基于区间的约束求解问题,对此,采用两步求解策略获得产品设计的鲁棒决策方案。首先用约束一致性算法过滤掉决策变量区间中肯定不包含有效解的冗余部分,得到设计参数的一致性区间矢量;然后在一致性区间内以设计性能指标为准则搜索鲁棒的参数决策值,并设计基于可行性审查的免疫混沌搜索算法。以一个单元盘弹性转子系统为例,进行摩擦学和动力学冲突解耦的设计决策,得到较好的设计结果,验证方法的合理性与可靠性。

摘要：以长焦距斜视相机俯角系统为研究对象,针对高动态下自准直检焦镜筒定位精度不高的问题,提出了一种基于高增益观测器的多环路控制策略。首先,根据俯角控制系统开环幅频特性曲线,建立了俯角位置控制系统的数学模型,从控制理论角度分析了所设计控制策略的可行性;然后,通过实际系统进一步验证了所设计控制策略的可靠性。实验表明,高增益观测器能够很好地估计镜筒在非惯性空间下的角速度和角加速度状态;相比于双闭环控制方法,本文提出的控制策略可将俯角位置控制扰动最大误差减少96.3%,保证了镜筒的检焦位置定位精度优于0.05°,因此具有较好的工程应用价值。

摘要：为了在空间光学遥感器大尺寸反射镜柔性支撑结构的试验研究过程中获得柔度特性试验数据,设计了一种结构紧蹙的单轴柔性铰链试验装置,采用该装置在材料拉伸试验机上同时实现了端部弯曲和纯弯曲试验功能。该装置利用杠杆原理实现纯弯曲加载,并采用由刚性辊子组成的约束通道对纯弯曲组件进行约束,从而降低了摩擦对载荷传递的影响。试验过程的模拟分析表明,"L"型下推杆引起的横向偏载是影响纯弯曲试验的主要因素,最大横向偏载可控制在4.783 N。试验结果和有限元分析结果及理论计算值取得了很好的一致性。与有限元分析结果相比,试验结果和理论计算值都稍偏小,试验值最大偏差为3.87%。该装置为光学反射镜柔性支撑的试验研究提供了有效的解决方案。