高品质空间并联指向机构非线性动力学与控制方法研究

With the rapid development of aerospace science and technology in China, the requirements of the dynamic precision and reliability of space pointing mechanism are improved in space mission. Under the microgravity environment of space, the nonlinear dynamics and precision of the pointing mechanism are important factors restricting the performance improvement. However, the study of these issues is not enough..In the background of the aerospace application of the pointing mechanism, based on the interdisciplinary theory of mechanics, interface science and mechanical dynamics, in the microgravity environment, the research including the folloeing contents: (1) Synthesizing a new lower-mobility redundant parallel with excellent comprehensive performance pointing mechanism; (2) Considering the lubrication, friction, abrasion and clearance of bearing pair, buildling a nonlinear dynamic model of bearing; (3) Establishing the nonlinear dynamic model of the mechanism, and studying the dynamic characteristics; (4) Studying error analysis and compensation control of mechanism; (5) Exploring mapping rules of nonlinear dynamics of space pointing mechanism between the gravity and microgravity..The research of this project will lay the scientific foundation for the design, analysis and accurate control of the high quality space parallel pointing mechanism, and greatly promote the development of research on nonlinear dynamics and precision of space mechanism.

伴随我国航天科技的快速发展，航天任务对空间指向机构的动态精度、可靠性等要求不断提高。微重力下空间指向机构的非线性动力学与动态精度问题是制约指向机构性能提高的重要因素，而这一问题的研究还不够深入。.本项目以空间指向机构的航天应用为背景，采用机构学、界面科学与机械动力学多学科交叉理论，面向微重力环境，拟研究内容包括：（1）综合优化出性能优异的新型空间少自由度冗余并联指向机构；（2）计及支撑轴承运动副润滑、摩擦、磨损及间隙，建立轴承的非线性动力学模型；（3）建立机构非线性动力学模型，并开展动力学特性研究；（4）研究机构误差分析与补偿控制方法；（5）探究重力与微重力下机构非线性动力学特性的映射规律。.本项目研究将为高品质空间并联指向机构的设计、分析与精确控制提供科学依据，有力推动微重力下空间机构非线性动力学与动态精度研究的发展。

我国太空探索任务的要求越来越高，这对精密机械和仪器的动态精度和可靠性提出了更高的要求。空间指向机构是实现星载天线、空间光学相机等空间有效载荷动态跟踪、定位指向功能的重要执行机构，广泛应用于通信导航、军事侦察、对地观测、深空探测等航天领域，其指向精度可直接影响航天任务的完成质量，因此研制高品质空间指向机构是我国航天发展的必然需求。.在本项目资助下，项目负责人综合出了高品质空间并联指向机构新构型；提出了控制自转角和初始方位角的方法，实现机构在大俯仰角范围、0~360°全方位角范围具有优质运动/力传递性能且不存在干涉；通过虚设构件，提出了误差建模的闭环矢量叠加法，使建立的新型3-RRCPR并联指向机构误差模型简洁、清晰；建立了新的接触碰撞力模型；提出了计及连续间隙矢量的非线性动力学参数辨识方法，得到了准确的空间指向机构的动力学参数。同时，项目研究空间机构非线性动力学建模方法，以及动态精度误差特性和控制策略等，丰富相关领域的基础理论，为其他航天设备在微重力下的动力学分析提供借鉴，对推动我国航天科技发展具有重要意义。.在本项目的资助下，项目负责人以第一作者或通讯作者发表学术论文18篇，其中SCI检索6篇，EI检索5篇；申请发明专利6项，其中授权6项；培养博士研究生毕业2名，硕士研究生毕业10名。