趙志明

(陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 陜西 西安　710021)

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星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)載荷特性分析

趙志明

(陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 陜西 西安710021)

摘要：星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是星載精密跟蹤、定位及瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，由于其動(dòng)力學(xué)環(huán)境的復(fù)雜性，載荷特征的提取值得深入研究.分析了搭載于移動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的摩擦力矩來(lái)源，提出了適合其的摩擦力矩改進(jìn)模型；闡述了搭載于移動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生線(xiàn)繞力矩的原因，給出了基于樣機(jī)試驗(yàn)的線(xiàn)繞力矩模型；全面分析了搭載于移動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)，并給出了相應(yīng)的模型；給出了多載荷耦合作用下的某型多軸系統(tǒng)力學(xué)模型，并針對(duì)上述三種載荷給出了響應(yīng)的仿真分析結(jié)果.以某型星載多軸系統(tǒng)為案例，系統(tǒng)分析了摩擦力矩、線(xiàn)繞力矩及陀螺效應(yīng)三種典型載荷，并建立了多載荷作用下的耦合動(dòng)力學(xué)模型.分析結(jié)果表明,當(dāng)摩擦力矩為驅(qū)動(dòng)力矩8%左右時(shí)，所引起系統(tǒng)加速度突變值約為其峰峰值的10%；當(dāng)系統(tǒng)存在線(xiàn)繞力矩時(shí)，系統(tǒng)的殘余力矩出現(xiàn)突變，突變值約為無(wú)線(xiàn)繞力矩時(shí)殘余力矩的60%；多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)俯仰軸擾動(dòng)所引起的速度增量最大約為擾動(dòng)速度的70%.本文工作可為建立多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的重要輸入條件，為運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真及試驗(yàn)提供了基礎(chǔ)模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

關(guān)鍵詞：多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng); 摩擦; 線(xiàn)繞力矩; 陀螺效應(yīng)

0引言

多軸聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)是一種典型的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中，例如機(jī)床裝備[1].星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是星載精密跟蹤、定位及瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，而星載精密跟蹤、定位及瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是星載ATP(Acquiring,Tracking,Pointing)平臺(tái)的關(guān)鍵組成，主要用于搭載相關(guān)探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間及地面目標(biāo)的掃描、捕獲、跟蹤探測(cè)的星載運(yùn)動(dòng)平臺(tái)[2-4].

空間目標(biāo)探測(cè)對(duì)相關(guān)載荷的探測(cè)性能要求越來(lái)越高，全天候、全天時(shí)、全天域信息獲取為發(fā)展目標(biāo)的空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，是奪取空間信息權(quán)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)空間攻防能力的基本信息保障.隨著外太空技術(shù)的不斷發(fā)展，以及星載靶場(chǎng)的建設(shè)，星載目標(biāo)探測(cè)及空間打擊武器是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，星載ATP平臺(tái)技術(shù)勢(shì)必將作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)廣泛應(yīng)用于未來(lái)航天發(fā)展.

在微重力自由浮動(dòng)狀態(tài)下，星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)具有多個(gè)動(dòng)力學(xué)上的新特點(diǎn)，如姿態(tài)干擾性、約束冗余性及非完整性等.在諸多復(fù)雜條件下星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性是一項(xiàng)典型研究熱點(diǎn)，其中多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)浮動(dòng)平臺(tái)輸出的殘余力矩或殘余角動(dòng)量是其動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)函數(shù).

而載荷作為運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的輸入條件，是動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件.星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)由于其動(dòng)力學(xué)環(huán)境的復(fù)雜性，載荷的確定及合理優(yōu)化值得深入研究.本文針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題開(kāi)展深入研究，給出星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的三類(lèi)關(guān)鍵載荷及其特征，并以某型多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)為例進(jìn)行三類(lèi)載荷的性能仿真分析，給出動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)建議.

1摩擦力矩

地面的跟蹤設(shè)備發(fā)展比較完善，在建模、仿真和實(shí)驗(yàn)方面研究較多[5-9]，但機(jī)載、艦載和星載跟蹤設(shè)備上存在一定的問(wèn)題，重點(diǎn)是對(duì)低速目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)跟蹤.因?yàn)樵诘退俑檿r(shí)，軸系軸承的啟動(dòng)力矩和運(yùn)轉(zhuǎn)力矩波動(dòng)大，摩擦力矩的非線(xiàn)性，使得控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)的跟蹤.星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)在捕獲目標(biāo)時(shí)需要大范圍的精確運(yùn)動(dòng)，摩擦力(矩)是必須考量的關(guān)鍵因素之一.

1.1　摩擦來(lái)源

星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的摩擦主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：一是驅(qū)動(dòng)及變速裝置的摩擦，二是支承部件的摩擦，主要是滾動(dòng)軸承的摩擦.目前對(duì)它們引入摩擦的處理方法一般有兩種，一是從摩擦學(xué)的角度尋求更優(yōu)的摩擦副、潤(rùn)滑材料等，二是從控制理論的角度采用各種控制策略對(duì)摩擦進(jìn)行控制[10,11].前者已有大量的摩擦學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)的支撐，但對(duì)星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用可靠的摩擦副及潤(rùn)滑材料是關(guān)系系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵.因此，更多的從控制的角度出發(fā)對(duì)摩擦力(矩)進(jìn)行控制，以達(dá)到精密運(yùn)動(dòng)的目的.

1.2　摩擦力矩模型

摩擦力矩的模型準(zhǔn)確程度關(guān)系到摩擦因素對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的精度影響分析.關(guān)于摩擦模型的研究在傳統(tǒng)摩擦學(xué)中已有大量研究，提出了諸多的摩擦模型[12]，工程上常用的靜態(tài)模型有庫(kù)倫摩擦模型、粘性摩擦模型、庫(kù)倫及粘性摩擦混合模型、Stribeck摩擦模型，同時(shí)上世紀(jì)九十年代提出的LuGre摩擦模型是目前研究最多的摩擦模型，它能夠較好的反映各種條件下的摩擦效應(yīng)，從摩擦學(xué)的角度來(lái)看，它不失為目前考慮因素最多的一種摩擦模型.但是，從摩擦控制的角度來(lái)看，上述五種模型中的Stribeck摩擦模型和LuGre摩擦模型中由于存在較多的待識(shí)別參數(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用中顯得略微不可靠.

針對(duì)搭載于浮動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)，尤其是工作于空間環(huán)境中的此類(lèi)系統(tǒng)，若利用較為復(fù)雜的摩擦模型，很難獲得符合實(shí)際情況的摩擦模型中的待定參數(shù).因此在工程中較為常用的摩擦模型仍以庫(kù)倫摩擦模型或改進(jìn)的庫(kù)倫摩擦模型為主.庫(kù)倫摩擦模型可表示如下：

(1)

根據(jù)多軸系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)及單項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，提出了一種改進(jìn)的庫(kù)倫模型可表示為：

(2)

式(2)中：θ0——試驗(yàn)確定某一速度值;其他符號(hào)同式(1).

改進(jìn)的庫(kù)倫模型已用于某型多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的典型應(yīng)用案例二軸轉(zhuǎn)臺(tái).

2線(xiàn)繞力矩

作為典型的機(jī)電一體化設(shè)備，多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)若搭載于固定平臺(tái)上，各種電線(xiàn)及信號(hào)線(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響有一些研究[13]，但通常在實(shí)際中并不做考慮.但是，當(dāng)多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)搭載于浮動(dòng)平臺(tái)，而且浮動(dòng)平臺(tái)處于空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)與浮動(dòng)平臺(tái)的質(zhì)量相差不大時(shí)，多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的微小力矩或角動(dòng)量輸出皆會(huì)引起浮動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡的改變，甚至導(dǎo)致其不能正常運(yùn)行，有文獻(xiàn)[14]開(kāi)展了空間光電跟蹤系統(tǒng)動(dòng)量平衡設(shè)計(jì)與試驗(yàn)的研究.線(xiàn)繞力矩就是這樣一種能引起上述連鎖反應(yīng)的一種擾動(dòng)力矩，必須加以考究.

2.1　線(xiàn)繞力矩的來(lái)源

線(xiàn)繞力矩主要來(lái)源于兩個(gè)方面.一是,多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)在試驗(yàn)階段或在軌運(yùn)行階段，均需要外界對(duì)其供電.以二軸轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰軸為例，該軸系上有兩個(gè)電機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)高速一個(gè)低速.當(dāng)俯仰軸隨方位軸聯(lián)動(dòng)時(shí)外界的供電線(xiàn)路勢(shì)必會(huì)對(duì)二軸轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)生擾動(dòng)力矩.

二是,多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中外界需要監(jiān)測(cè)其諸多物理量，例如角位移、角速度和角加速度等.這些物理量的監(jiān)測(cè)由于其高可靠性的要求很難通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸實(shí)現(xiàn)，因此信號(hào)傳輸線(xiàn)是必不可少的，這些線(xiàn)纜通常是通過(guò)固定于中空軸系內(nèi)，在軸系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)軸系的質(zhì)量特征帶來(lái)影響，引入擾動(dòng)力矩.

2.2　線(xiàn)繞力矩模型

線(xiàn)繞力矩的研究目前較少，理論模型的建立尚需一段曲折的道路.在這種情況下，試驗(yàn)?zāi)Ｐ途惋@得尤為重要.

針對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的典型應(yīng)用案例——二軸轉(zhuǎn)臺(tái)，課題組開(kāi)展了線(xiàn)繞力矩模型參數(shù)識(shí)別試驗(yàn)，并從試驗(yàn)的角度基本確認(rèn)線(xiàn)繞力矩的模型為二階系統(tǒng)模型.從試驗(yàn)結(jié)果(如圖1所示)可看出，整個(gè)線(xiàn)纜擾動(dòng)為典型的欠阻尼彈簧-阻尼-慣量系統(tǒng).可建立自由振動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程為：

(3)

式(3)中：β為試驗(yàn)中氣浮平臺(tái)的角位移，b與x為根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的物理量.

圖1　角度變化(實(shí)驗(yàn)值)

并且由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得阻尼、試驗(yàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而可得線(xiàn)繞非線(xiàn)性干擾的模型(如圖2所示).對(duì)于這樣的干擾力矩，它是隨轉(zhuǎn)速方向變換而周期變換的，它們對(duì)系統(tǒng)的作用亦好亦壞，需要對(duì)其進(jìn)行控制，以消除其對(duì)系統(tǒng)的不良影響，從而提高系統(tǒng)的定位精度.

圖2　識(shí)別的線(xiàn)繞力矩

3陀螺力矩

在多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，陀螺力矩是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模必須考慮的因素.在多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)中，由于存在多個(gè)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)，并且高速轉(zhuǎn)子與低速轉(zhuǎn)子共存，這正是陀螺效應(yīng)產(chǎn)生的必要條件.因此，對(duì)多軸系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模時(shí)必須考量可能存在的陀螺效應(yīng).

3.1　陀螺力矩的來(lái)源

針對(duì)搭載于移動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，其陀螺效應(yīng)主要來(lái)源于兩方面，現(xiàn)以上述的二軸轉(zhuǎn)臺(tái)為例進(jìn)行分析.其一，二軸轉(zhuǎn)臺(tái)兩個(gè)軸系上裝有動(dòng)量平衡輪，它屬于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的部件，當(dāng)俯仰軸系上的平衡輪高速自轉(zhuǎn)的同時(shí)會(huì)受到方位軸的聯(lián)動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生陀螺力矩.其二，二軸轉(zhuǎn)臺(tái)搭載于移動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)在調(diào)姿過(guò)程中，其存在三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)分量，且角速度較高.當(dāng)二軸轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)方向的角位移則構(gòu)成了對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的擾動(dòng)，則會(huì)對(duì)移動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生陀螺力矩.

上述兩種陀螺力矩的效應(yīng)最終合成于移動(dòng)平臺(tái)之上，當(dāng)積累到一定的程度勢(shì)必引起平臺(tái)的調(diào)姿失控.因此，在多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模時(shí)陀螺力矩是不可忽略的.

3.2　陀螺力矩模型

當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，記轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)角速度為ωt，則轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)的角動(dòng)量H的矢端速度為：

u=ωt×H

(4)

根據(jù)萊沙爾定律，可以得到此時(shí)轉(zhuǎn)子受到的外力矩為：

Mt=ωt×H

(5)

該力矩是其它部件作用在轉(zhuǎn)子上的，根據(jù)作用與反作用定律，可以得出轉(zhuǎn)子的反作用力矩應(yīng)為：

M=H×ωt

(6)

這個(gè)力矩是作用在強(qiáng)迫陀螺儀轉(zhuǎn)子軸運(yùn)動(dòng)的部件之上，故稱(chēng)為轉(zhuǎn)子的陀螺反作用力矩，簡(jiǎn)稱(chēng)陀螺力矩.

針對(duì)上述二軸轉(zhuǎn)臺(tái)，在動(dòng)力學(xué)建模時(shí)需分析兩種陀螺力矩的影響.

4多載荷耦合作用下的建模

本文上述的分析，可以獲得該動(dòng)力學(xué)方程關(guān)于摩擦力矩、線(xiàn)繞力矩及陀螺力矩的輸入條件，為后續(xù)動(dòng)力學(xué)仿真奠定基礎(chǔ).

以某型二軸轉(zhuǎn)臺(tái)為例，討論上述三種載荷對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響規(guī)律.該二軸轉(zhuǎn)臺(tái)基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，是由俯仰軸和方位軸構(gòu)成的兩軸系統(tǒng).其工作原理及過(guò)程為：直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)俯仰軸和方位軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩軸運(yùn)動(dòng)耦合實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確定位；工作性能參數(shù)：在最大速度為6 °/s，最大加速度為2 °/s2的情況下，達(dá)到跟蹤精度12′，同時(shí)到達(dá)跟蹤穩(wěn)定性36′/s；結(jié)構(gòu)外觀尺寸約為：300 mm×100 mm×450 mm.

圖3　二軸轉(zhuǎn)臺(tái)示意圖

根據(jù)Lagrange-Maxwell方程，可以得到系統(tǒng)的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)方程為：

(7)

該模型包含了前述的摩擦力矩、線(xiàn)繞力矩及陀螺力矩.

4.1摩擦力矩對(duì)指向精度的影響

根據(jù)建立的二軸轉(zhuǎn)臺(tái)模型，不失一般性，對(duì)其俯仰軸的若干物理量進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如圖4所示.

圖4　摩擦力矩對(duì)系統(tǒng)的影響仿真

圖4中顯示了俯仰軸在一定驅(qū)動(dòng)力矩作用下，并考慮摩擦力矩的情況下，其角速度與角加速度的輸出情況.結(jié)果顯示，摩擦力矩對(duì)角速度有影響，主要是在最大值處產(chǎn)生平頂現(xiàn)象；而對(duì)角加速度的影響，主要體現(xiàn)在摩擦力矩引起其突變，當(dāng)摩擦力矩為驅(qū)動(dòng)力矩8%左右時(shí)，所引起的加速度突變值約為其峰峰值的10%.

對(duì)于星載多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)這兩個(gè)影響是值得考量的，前者反映了多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)外輸出的角動(dòng)量，后者則反映了對(duì)外輸出的殘余力矩.此類(lèi)對(duì)外輸出值過(guò)大會(huì)引起多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)搭載平臺(tái)的在軌運(yùn)行姿態(tài)變化，而輸出值的突變則會(huì)引起搭載平臺(tái)的運(yùn)行姿態(tài)突變.

4.2　線(xiàn)繞力矩對(duì)殘余角動(dòng)量的影響

線(xiàn)繞力矩的模型更多地依賴(lài)于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).根據(jù)某型二軸轉(zhuǎn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)線(xiàn)繞力矩對(duì)系統(tǒng)的殘余角動(dòng)量輸出進(jìn)行了仿真分析，其結(jié)果如圖5所示.

圖5　線(xiàn)繞力矩對(duì)系統(tǒng)的影響仿真

結(jié)果顯示，當(dāng)有線(xiàn)繞力矩時(shí)，系統(tǒng)的殘余力矩出現(xiàn)突變，突變值約為無(wú)線(xiàn)繞力矩時(shí)殘余力矩的60%，變化的大小及方向與速度的方向有關(guān).也就是說(shuō)，線(xiàn)繞力矩會(huì)引起殘余角動(dòng)量方向的多變，這對(duì)搭載于移動(dòng)平臺(tái)之上的多軸系統(tǒng)顯然是不利的，需要通過(guò)機(jī)械和控制的手段加以抑制.

4.3陀螺力矩對(duì)殘余角動(dòng)量的影響

根據(jù)建立的二軸轉(zhuǎn)臺(tái)模型，假設(shè)俯仰軸對(duì)慣性主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)為x方向，方位軸對(duì)其慣性主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)為y方向，z方向由右手法則確定，仿真結(jié)果如圖6所示.

圖6　陀螺力矩對(duì)系統(tǒng)的影響仿真

結(jié)果顯示,當(dāng)x方向有較大角速度時(shí)，在y方向施加小角速度擾動(dòng)，會(huì)引起z方向的角速度的變化；z方向角速度增量與x方向、y方向的角度均呈正比關(guān)系，且z方向角速度的變化是非單值函數(shù)，由于y方向擾動(dòng)所引起的z方向速度最大約為擾動(dòng)速度的70%.速度大小及方向的變化勢(shì)必引起殘余角動(dòng)量的變化.

5結(jié)論

(1)分析了搭載于移動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的摩擦力矩來(lái)源，提出了適合其的摩擦力矩改進(jìn)模型.結(jié)果表明當(dāng)摩擦力矩為驅(qū)動(dòng)力矩8%左右時(shí)，所引起系統(tǒng)加速度突變值約為其峰峰值的10%.

(2)闡述了搭載于移動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生線(xiàn)繞力矩的原因，給出了基于樣機(jī)試驗(yàn)的線(xiàn)繞力矩模型.結(jié)果表明當(dāng)系統(tǒng)存在線(xiàn)繞力矩時(shí)，系統(tǒng)的殘余力矩出現(xiàn)突變，突變值約為無(wú)線(xiàn)繞力矩時(shí)殘余力矩的60%.

(3)全面分析了搭載于移動(dòng)平臺(tái)的多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)，并給出了相應(yīng)的模型.結(jié)果表明z方向角速度增量是非單值函數(shù)，由于y方向擾動(dòng)所引起的z方向速度最大增量約為擾動(dòng)速度的70%.

(4)給出了多載荷耦合作用下的某型多軸系統(tǒng)力學(xué)模型，并針對(duì)上述三種載荷給出了響應(yīng)的仿真分析結(jié)果.

上述工作可為建立多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的重要輸入條件，為運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真及試驗(yàn)提供了基礎(chǔ)模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

參考文獻(xiàn)

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【責(zé)任編輯：陳佳】

Research of loading characteristics for satellite-based multi-axis system

ZHAO Zhi-ming

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Abstract:Satellite-based multi-axis system is the key part of precise system for Acquiring,Tracking,Pointing (ATP).Because of its complex dynamic situations, the characteristics identification of loading is worth studying.The contents include analysis on the resources of friction torque,improved friction torque model,the cable torque model based on certain experiment,research on gyroscopic effect of satellite-based multi-axis system and its model,establishing the dynamic model considering coupled loads and simulation results.The work can supply the input data for dynamics modelling of multi-axis system.Taking certain satellite-based multi-axis system for example, the friction torque,cable torque and gyroscopic effect are studied, and the coupled dynamic model is also given.There are three results as following:the accelaration alteration is 10% of the peak to peak when the friction torque is 8% of driven torque;the residual torque alteration with cable torque are 60% of the residual torque without cable torque; the max incresment of voloctiy results by disturbance of pitch axis is 70% of disturbance volocity.The foundational model and data for the simulation and experiment of multi-axis system are also can be provided by this research.

Key words:multi-axis system; friction; cable torque; gyroscopic effect

中圖分類(lèi)號(hào)：TH745

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-5811(2016)01-0138-05

作者簡(jiǎn)介:：趙志明 (1981-)，男，山東威海人，講師,博士，研究方向:運(yùn)動(dòng)控制、旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力學(xué)和故障診斷

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué) (51305246); 陜西省教育廳專(zhuān)項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(14JK1107); 陜西科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(BJ13-07)

收稿日期:*2015-12-07 *2015-12-10