考虑运动副磨损间隙的航天机构系统动力学与控制研究

摩擦磨损是引起机械设备性能和精度下降的主要因素之一，针对机构运动副普遍存在的磨损现象，以航天器天线驱动机构为对象，运用计算机仿真技术，采取理论与实验相结合的方法，研究建立反映运动副实际磨损情况的非规则磨损间隙的时变模型，及运动副构件之间的接触、撞击和分离各状态的系统非完整约束模型和运动副接触力模型，进而研究建立考虑运动副具有不规则磨损间隙和构件弹性的天线驱动机构虚拟样机，实现对其工作过程的动态仿真，可以真实地反映其系统在不同磨损状态下的动力学特性。为保证天线驱动机构具有良好的运行稳定性和定位精度，运用所建造的虚拟样机，系统地研究其随运动副磨损间隙变化的驱动机构非线性动力学特性，进而研究有效的控制策略，并通过仿真和实验进行验证。该项研究将为机械设备系统的动态性能分析与评估、可靠性增长设计提供科学的理论、方法和仿真手段，对提高机械设备的设计和分析水平、提高其性能与质量可靠性具有十分重要的意义。

本项目针对影响高精密机械设备工作性能和质量可靠性的主要因素之一的运动副间隙摩擦磨损问题，研究考虑运动副磨损间隙的航天机构非线性动力学特性以及有效的控制策略。主要以航天器天线驱动机构为对象，采取理论研究为主，充分运用现代仿真技术，通过理论与仿真实验相结合的方法开展研究工作。研究运动副间隙的数学模型，建立了运动副间隙接触碰撞力模型与摩擦力模型，在此基础上，建立含间隙机构通用的动力学模型，进而建立反映运动副实际磨损间隙的天线驱动机构虚拟样机，对其进行了全工况的仿真分析，研究了含间隙机构工作载荷谱的准确获取技术、磨损间隙的形成机理、间隙对机构动力学特性的影响等；进一步，研究天线驱动机构的非线性耦合动力学特性以及航天机构系统有效的控制方法，取得了一系列的研究成果，为机械设备系统的动态性能分析与评估、可靠性增长设计提供科学的理论、方法和仿真手段。