为了解决在轨光学载荷地面试验振源模拟难的问题, 设计了一种基于并联机构的多维微振动模拟平台, 能够有效复现空间微振动分布频率宽、振动量级小的特点。首先, 利用虚功原理和牛顿-欧拉方程推导了系统固有频率解析式, 并结合设计指标进行构型优化。然后根据最优构型进行结构设计和优化, 使得平台固有频率满足5~250 Hz的模拟带宽。最后, 提出了一种基于传递函数的控制方法, 验证了其正确性并对平台工作能力进行了求解。平台第6阶基频3.4 Hz, 第7阶基频356 Hz, 满足带宽要求; 通过传递函数控制得到的输出与目标值之间最大误差为1.54%, 说明该方法适用于平台的控制; 上平台输出最大平动加速度为399.3 mg, 最大角度扰动为1 979.3 μrad, 满足指标要求。该平台具有模拟带宽大、高承载、振动量级小的特点, 能够作为空间微振动地面试验振源模拟设备。

为了搭建在轨组装的地面模拟实验系统, 设计了一种基于冷气推进、能够自由漂浮的三自由度自由飞行机器人模拟器, 并对模拟器的结构设计、气路系统、动力学建模和控制系统进行了研究。采用模块化设计对主体结构进行不同功能的分区, 并结合工作原理对模拟器的承载能力进行了分析和实验验证。然后, 采用部分解耦的方式对喷嘴进行了布置, 进一步设计了整个气路系统, 并对影响喷嘴推力的因素进行了理论分析和实验验证。最后, 采用牛顿-欧拉法建立了模拟器的动力学方程, 联合Simulink和Adams, 搭建了控制仿真模型并进行了运动仿真。实验结果显示, 模拟器能够承载800 kg以上的重量, 单方向上能够达到8 N的力, 整体运行时间能够达到30 min。模拟器对参考输入有很好的跟踪效果, 能够为超冗余模块化机械臂的地面实验提供可移动载体。

针对大型光机结构的结构特性，为抑制宽频噪声对结构指向稳定度及精度的影响，设计了一种可以在全频段提供高阻尼低轴向刚度的液体阻尼器。首先，对液体阻尼器的参数设计理论进行了分析; 其次，通过微振动一体化集成仿真分析了引入液体阻尼器对整机的影响，由分析结果可知，在内外框架之间安装阻尼器，可以达到抑制宽频噪声的目的，一般情况下光轴指向精度（Line of Sight）可以改善50%以上，同时对结构特性改变较小; 最后，设计了测试系统，对阻尼器参数的特性进行了实验研究，可知该液体阻尼器的阻尼系数随频率升高降低，在低频时可以达到18 574 N·s/m， 300 Hz时阻尼系数在300 N·s/m以上，轴向刚度约为28 659 N/m，随频率变化基本保持不变。结果表明: 试验测试结果与仿真结果相符，液体阻尼器的刚度及阻尼参数的设计都达到了技术要求，根据仿真与试验的分析验证了阻尼器对大型光机结构振动抑制的有效性。

为了提高空间望远镜次镜支撑结构的动力学性能, 利用主动约束阻尼层对次镜支撑结构进行了设计, 主动约束阻尼层在柔性结构表面覆盖阻尼材料和压电陶瓷材料, 是对柔性结构进行振动抑制的有效手段。首先建立了主动约束阻尼层的有限元模型, 采用比例微分控制算法对压电陶瓷进行闭环控制, 分析了阻尼材料厚度和控制增益对支撑结构阻尼特性的影响, 结果表明增大阻尼层厚度或增大控制增益能够提高结构阻尼特性, 但增大阻尼层厚度同时也会降低压电陶瓷的驱动性能。对空间望远镜整体结构的分析结果显示, 覆盖主动约束阻尼层后支撑结构的固有频率会略微降低, 但是次镜位置的频率响应明显下降, 次镜的面型精度也有提高。