多轴联动系统精密运动定位与角动量平衡的机理及试验研究

This project aim at carrying out mechanism and experiment of precision motion pointing and angular momentum balancing for multi-axis system which can be applied in Acquiring, Tracking, Pointing (ATP) system. Two scientific issues are proposed: one is coupled modeling and precision positioning mechanism of multi-axis system; and the other is angular momentum mechanism and similar tests method for multi-axis system set on moving platform. The study contents of this project include the following three parts: friction behavior, coupled modeling and precision positioning mechanism of multi-axis system; rule of electromechanical resonators and angular momentum mechanism for multi-axis system set on moving platform; verified experiment of moving pointing and angular momentum for multi-axis system. Expected research results include the following four areas: time-varying friction rule; electromechanical coupled mode and pointing mechanism; angular momentum mechanism; similar test method and performance analysis technology. Research results include mechanism, rule and method which are relatived to pointing and banlacing of multi-axis system.And the results may promote the develpoment of mechanical structure and system dynamics field. Six to eight published papers, one or two invention patents and two or three graduate students trained should be expected.

本项目以星载精密跟踪、定位及瞄准系统为研究背景，以多轴联动系统为研究对象，围绕"多轴联动系统机电磁耦合模型及随动定位机理"和"天基多轴系统角动量平衡机理及相似试验方法"两个科学问题，开展多轴联动系统精密运动定位与角动量平衡的机理及试验研究。研究内容包括：多轴联动系统摩擦行为、耦合模型及精密定位机理；天基多轴联动系统机电谐振规律及角动量平衡机理；多轴联动系统运动定位与角动量平衡的验证试验。预期成果：多轴联动系统摩擦行为的时变规律；多轴联动系统机电磁耦合模型及随动定位机理；天基多轴系统角动量平衡机理；天基多轴联动系统相似试验方法及性能分析技术。这些成果包括多轴联动系统平衡与定位的机理、典型规律及相关的方法及试验验证。研究成果集中在提高多轴联动系统定位精度及动力稳定性的理论分析方法及试验技术，有望促进机械结构学与系统动力学学科发展。发表论文6-8篇，申请专利1-2项，培养研究生2-3名。

本项目以星载精密跟踪、定位及瞄准系统为研究背景，以多轴联动系统为研究对象，围绕"多轴联动系统机电磁耦合模型及随动定位机理"和"天基多轴系统角动量平衡机理及相似试验方法"两个科学问题，开展多轴联动系统精密运动定位与角动量平衡的机理及试验研究。. 主要研究内容包括：多轴联动系统摩擦行为、耦合模型及精密定位机理；天基多轴联动系统机电谐振规律及角动量平衡机理；多轴联动系统运动定位与角动量平衡的验证试验。. 重要研究结果包括：（1）以某星载二轴联动系统为案例，开展了摩擦因素影响研究，在建立的考虑机电耦合、刚柔耦合的耦合动力学模型中计入了摩擦因素，提出了结合试验数据的修正摩擦模型；（2）建立了动力学仿真分析方法，给出了机电谐振分析技术，分析了二轴联动系统机电谐振规律，支持了二轴联动系统机电系统的设计及改进；给出由力学模型、控制策略及分析程序构成的星载二轴联动系统定位机理；（3）提出了适用于多轴系统非线性分析及控制系统设计的反步-滑膜控制方法和改进的逆系统解耦方法；阐述了由系统角动量输出现象、平衡规律、控制策略及仿真技术构成的天基多轴联动系统角动量平衡机理；（4）基于相似试验方法建立了可拓展的单自由度转台试验平台；进行了全系统试验工作，获得了包括跟踪角度、角速度、残余角动量等试验数据，在此基础上对二轴联动系统进行了设计改进。发表（录用）论文8篇，其中EI收录2篇，在审论文2篇；授权发明专利2项，授权实用新型专利1项；培养研究生2名。. 主要科学意义：项目所解决的科学问题符合相关学科发展趋势、有一定前瞻性。以某星载精密跟踪、定位及瞄准系统为研究背景，揭示了多轴联动系统摩擦行为的时变规律及其与运动精度的关系，建立了天基多轴联动系统多场耦合模型及其谐振特性分析方法，提供了一套提高定位精度及动力稳定性的理论分析方法及试验技术。研究成果可促进机械结构学与系统动力学学科发展。