三轴气浮台不平衡力矩分析及台体优化设计PDF电子书下载

第1章 气浮台用途、构成及分类 1

1.1 气浮台的用途 1

1.2 气浮台的构成 5

1.2.1 气浮轴承 5

1.2.2 模拟卫星或称台体 7

1.2.3 目标模拟器 7

1.2.4 气浮台姿态测角装置 8

1.2.5 自动平衡系统 8

1.2.6 其他辅助系统 9

1.3 气浮台分类 9

1.3.1 单轴气浮台 9

1.3.2 平面气浮台 10

1.3.3 旋转气浮台 10

1.3.4 组合气浮台 11

第2章 气浮台的国内外研究现状 14

2.1 气浮台的国外研究现状 14

2.2 气浮台的国内研究现状 24

2.3 气浮台台体结构的国内外研究现状 27

2.3.1 桌面式结构 28

2.3.2 伞形结构 30

2.3.3 哑铃型结构 34

2.3.4 “戴森”球形结构 35

2.4 气浮台转动惯量测量的国内研究现状 37

2.5 气浮台转动惯量测量的国外研究现状 40

第3章 三轴气浮台的动力学分析 44

3.1 欧拉角及坐标变换矩阵 44

3.2 三轴气浮台运动学方程 45

3.3 三轴气浮台动力学方程 46

第4章 三轴气浮台台体自重变形引起的不平衡力矩的计算和分析 49

4.1 引言 49

4.2 台体有限元模型的建立及单元质心公式的推导 49

4.2.1 台体的力学分析及有限元模型的建立 49

4.2.2 平面应力四节点矩形单元质心偏移公式的推导 52

4.2.3 矩形薄板单元质心偏移公式的推导 54

4.3 基于运动弹性动力学方法的台体质心变化量公式的推导 56

4.4 气浮台不平衡力矩的计算 60

4.5 计算结果与分析 62

4.6 气浮台台体绕惯性系X轴转动时的不平衡力矩 62

4.7 气浮台台体绕惯性系X轴转动时质心位移轨迹 66

4.8 气浮台台体绕惯性系Y轴转动时不平衡力矩及质心位移轨迹 67

4.9 气浮台为任意姿态时台体的不平衡力矩 69

4.10 本章小结 71

第5章 三轴气浮台台体自重变形引起的不平衡力矩的补偿 72

5.1 引言 72

5.2 不平衡力矩公式的推导 73

5.3 气浮台台体绕惯性系X轴转动时的补偿 75

5.4 气浮台台体绕惯性系Y轴转动时的补偿 78

5.5 气浮台台体绕X-Y平面内任意轴转动时的补偿 79

5.6 计算实例 83

5.7 本章小结 84

第6章 测量转动惯量的常用方法 85

6.1 转动惯量的基本概念 85

6.1.1 刚体惯性参量的概念 85

6.1.2 任意轴定理 87

6.1.3 移心与转轴定理 88

6.2 转动惯量测量的常用方法 90

6.2.1 单摆周期法 90

6.2.2 扭摆法 90

6.2.3 三线摆法 92

6.3 本章小结 93

第7章 三轴气浮台转动惯量在线识别方法 94

7.1 引言 94

7.2 转动惯量在线识别方法 94

7.3 矩阵D元素的求解 95

7.4 本章小结 97

第8章 三轴气浮台转动惯量在线测量 98

8.1 引言 98

8.2 气浮台自转角速度的获取 98

8.2.1 当质心偏移位置已知时角速度的获取 99

8.2.2 质心偏移量未知时求解自转角速度的方法 100

8.2.3 气浮台做微小摆动时气浮台自转角速度的求解 102

8.2.4 气浮台做大角度摆动时自转角速度的求解 104

8.3 矩阵D求解 105

8.4 矩阵A的求解 107

8.5 本章小结 108

第9章 三轴气浮台台体自重变形对转动惯量矩阵及惯量主轴方向的影响 109

9.1 引言 109

9.2 自重变形后台体的转动惯量矩阵 109

9.3 姿态准确度误差的计算 112

9.4 台体自重变形对转动惯量矩阵及惯量主轴方向的影响 114

9.4.1 气浮台台体绕惯性系X轴转动时转动惯量的变化 114

9.4.2 气浮台台体绕惯性系Y轴转动时转动惯量的变化 115

9.4.3 气浮台台体为任意姿态时转动惯量的变化 116

9.5 本章小结 120

第10章 三轴气浮台台体优化数学模型的建立 121

10.1 引言 121

10.2 气浮台台体结构优化目标函数的建立 121

10.2.1 气浮台结构平衡点的讨论 121

10.2.2 平衡敏感性的分析 128

10.3 气浮台台体结构优化设计变量的选择 134

10.3.1 桁架圆管壁厚变化对结构刚度的影响 135

10.3.2 桁架圆管外径变化对结构刚度的影响 136

10.3.3 台体台面厚度变化对结构刚度的影响 136

10.3.4 台体台面半径变化对结构刚度的影响 137

10.3.5 下端圆环半径变化对结构刚度的影响 137

10.4 气浮台台体结构优化的约束条件 139

10.5 混合离散变量优化问题的数学模型 139

10.6 本章小结 140

第11章 气浮台台体的优化设计 141

11.1 气浮台台体优化设计方法 141

11.1.1 遗传算法实施过程 141

11.1.2 等式约束条件的处理 144

11.1.3 遗传算法算例 146

11.2 关于气浮台配重问题的分析 148

11.2.1 配重问题的描述 148

11.2.2 配重问题分析优化数学模型的建立 148

11.2.3 计算条件及流程 149

11.2.4 优化结果与分析 150

11.3 关于气浮台台体最佳重量的讨论 151

11.3.1 问题的描述 151

11.3.2 气浮台台体重量分析优化数学模型的建立 151

11.3.3 计算条件 152

11.3.4 优化结果与分析 152

11.3.5 最佳台体重量优化数学模型的提出 154

11.3.6 计算实例 155

11.4 本章小结 155

第12章 三轴气浮台台体计算模型验证实验 156

12.1 实验目的 156

12.2 实验原理 156

12.3 实验用三轴气浮仿真台 156

12.3.1 圆柱板式气浮台台体 156

12.3.2 气浮球轴承 158

12.3.3 气源系统 159

12.3.4 加载及称量部分 161

12.3.5 调节平衡系统 162

12.3.6 气浮台支撑机构 163

12.3.7 静态数字应变仪 163

12.3.8 地面总控制台及其他配套设备 163

12.4 姿态测量系统的标定 163

12.4.1 倾斜台 164

12.4.2 倾角计 165

12.4.3 最小面积法 166

12.5 扰动力矩分析及消除措施 167

12.5.1 气流的影响 167

12.5.2 台体载荷分布的影响 167

12.5.3 磁场及温度的影响 167

12.5.4 台体变形的影响 167

12.6 平衡的调节 168

12.6.1 手动调平衡 168

12.6.2 自动调平衡 169

12.6.3 重心的确定 169

12.6.4 确定配重块及移动滑块质量 171

12.6.5 重心的校正 173

12.6.6 平衡失稳现象及解决措施 175

12.6.7 平衡的调节过程 176

12.7 控制软件开发环境 177

12.8 台体自重变形的测试 178

12.8.1 测点的选择 178

12.8.2 应变片的选择 179

12.8.3 粘结剂的选择 179

12.8.4 应变片的布置 180

12.8.5 应变片的粘贴工艺 180

12.8.6 调试过程中遇到的问题及处理方法 181

12.8.7 测试 181

12.9 实验结果分析 181

附录 本书中各变量的物理含义 184

参考文献 191