航天器的微振动会影响到载荷的性能,在高性能航天器的发展过程中愈发受到重视。在我国迈向世界航天强国的征程中,微振动的研究会出现更多的新方法和新技术。本书聚焦高精度航天器的在轨微振动测量、辨识和控制问题,着重对微振动的影响、频域特征认知以及靶向控制方法进行阐述。首先介绍了微振动对高精度航天器的影响,将微振动按频带划分为低频和高频,论述了其对卫星指向和成像的影响。然后,对影响卫星指向的低频微振动测量与辨识方法进行了总结。在此基础上,通过被动、半主动及主动控制方法详细介绍了低频微振动控制。随后,结合工程实例,重点论述了典型高频振源的控制方法。在对微振动的主动控制方法进行论述后,给出了微振动的地面验证和在轨测试方法及实例。
本书可供从事航天器结构设计、动力学设计、微振动测试与辨识以及振动控制等相关研究领域的工程技术人员和高等院校航空航天、空间工程、振动工程相关专业师生参考。
第1章 绪论 1
1.1 微振动概念2
1.2 微振动影响2
1.3 航天器微振动研究进展3
1.3.1 振源处微振动隔离技术4
1.3.2 传输路径上的微振动隔离14
1.3.3 载荷处的微振动隔离16
1.3.4 其他微振动抑制方法17
本章小结20
参考文献20
第2章 微振动对航天器的影响 24
2.1 微振动对整星指向的影响25
2.1.1 挠性附件低频振动对整星姿态的影响25
2.1.2 高频振动对整星指向的影响29
2.2 微振动对光学相机的影响31
2.2.1 微振动对MTF影响分析基本原理31
2.2.2 光学相机在轨微振动特点34
2.2.3 振源对光学相机的耦合扰动35
2.3 微振动对激光通信卫星的影响41
本章小结42
参考文献42
第3章 挠性结构低频微振动测量与辨识 45
3.1 挠性结构低频振动测量技术46
3.1.1 挠性结构探测技术48
3.1.2 随机减量法51
3.1.3 NExT法52
3.1.4 测量预处理54
3.1.5 奇异值分解59
3.2 挠性结构低频振动在轨辨识61
3.2.1 ITD法64
3.2.2 ERA法67
3.2.3 SSI法69
3.2.4 在轨辨识实例70
本章小结71
参考文献71
第4章 低频微振动抑制技术 73
4.1 低频挠性附件结构及影响74
4.2 挠性结构航天器建模方法76
4.3 挠性结构低频振动抑制方法77
4.3.1 被动阻尼元件抑振77
4.3.2 主动抑振方法80
4.3.3 采用姿轨控系统算法抑制低频振动81
4.4 低频微振动被动控制技术82
4.4.1 总体方案82
4.4.2 模态分析83
4.4.3 减振效果仿真分析85
4.4.4 流体阻尼器减振有效性验证试验87
4.5 低频微振动半主动控制技术89
4.5.1 半主动控制执行元件90
4.5.2 半主动控制算法95
4.5.3 半主动控制仿真分析98
4.6 低频微振动主动控制技术110
4.6.1 低频微振动主动控制建模110
4.6.2 低频主动控制最优控制方法119
4.6.3 基于主动阻尼的柔性体振动抑制125
4.6.4 低频微振动主动抑制应用实例127
本章小结130
参考文献131
第5章 高频微振动抑制技术 133
5.1 高频振源介绍134
5.1.1 振源种类134
5.1.2 振动来源136
5.2 高频隔振原理138
5.2.1 两参数隔振器理论模型138
5.2.2 三参数隔振器理论模型139
5.2.3 两参数和三参数隔振模型的对比140
5.3 航天器高频隔振常用元器件142
5.3.1 三参数阻尼器件142
5.3.2 隔振支架产品146
5.4 控制力矩陀螺隔振工程应用147
5.4.1 Stewart平台构型148
5.4.2 Stewart平台自由度计算149
5.4.3 坐标变换理论150
5.4.4 六向传递特性分析151
5.4.5 试验验证152
5.5 制冷机隔振工程应用156
5.5.1 制冷机隔振简介156
5.5.2 制冷机组隔振构型156
5.5.3 动力学建模157
5.5.4 隔振装置性能分析158
5.5.5 试验验证161
5.5.6 制冷机主动吸振技术162
本章小结162
参考文献163
第6章 微振动主动隔振技术 164
6.1 主动隔振基本原理165
6.1.1 主动隔振平台研究现状167
6.1.2 隔振系统主控技术研究现状172
6.2 作动元件、测量元件、控制元件174
6.2.1 作动元件174
6.2.2 测量元件179
6.2.3 控制元件181
6.3 接触式主动隔振技术182
6.3.1 基于频响函数的自适应控制183
6.3.2 基于牛顿-欧拉方程的独立模态控制188
6.4 非接触式主动隔振技术193
6.4.1 动力学建模194
6.4.2 基于接近率的滑模控制198
本章小结200
参考文献201
第7章 微振动试验技术 204
7.1 振源地面微振动试验技术205
7.1.1 振源分类205
7.1.2 振源特性与建模206
7.1.3 振源微振动试验方法215
7.2 整星微振动地面试验技术219
7.2.1 试验方法219
7.2.2 试验环境219
7.2.3 悬吊方式220
7.2.4 地面微振动测量系统225
7.3 在轨微振动试验技术229
7.3.1 在轨微振动测量系统设计229
7.3.2 在轨测量系统229
7.3.3 传感器选型231
7.3.4 传感器布点232
7.3.5 微振动在轨试验方法232
本章小结237
参考文献237