1 昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明 650500
2 昆明理工大学太阳能工程研究所，云南 昆明 650500
针对太阳翼工作特征，设计了一种截断复合平面聚光器，并通过耦合实时日地距离、地星空间关系以及太阳辐射理论，构建了太阳翼接收太阳辐射模型。研究采用编程计算、仿真模拟和实验验证相结合的方式，结果表明复合平面聚光器的聚能特性与理论预测结果趋于一致。电池板表面太阳辐照度平均绝对误差仅为0.04 W/m2，卫星受晒特征时间平均绝对误差为18.2 s。太阳翼理论发电功率峰值相较于常规太阳翼提升了约87%，且接收半角内电池板表面能流密度平均均匀度达到了0.615。研究结果可为太阳翼的结构设计与优化提供参考。
几何光学 太阳能 复合抛物聚光器 辐照度 太阳翼 能流密度
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200178
1 内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010
2 华电内蒙古能源有限公司土默特发电分公司设备维护部，内蒙古 包头 014100
针对传统蚁群算法机器人在路径规划过程中出现收敛速度缓慢和陷入局部最优的问题, 将蚁群算法与加入虚拟牵引力和快速函数的人工势场法相结合, 引入势场合力作为蚂蚁搜索路径点的部分启发信息, 使结合后的算法具有较高的全局搜索能力, 避免了传统蚁群算法由于启发信息误导所致的局部最优问题, 同时提高了收敛速度。为了验证此方法的有效性, 用Matlab软件进行仿真实验, 结果表明机器人运动轨迹平滑, 接近最优路径。
路径规划 人工势场 目标不可达 移动机器人 蚁群算法 route planning artificial potential field lavailable target mobile robot ant colony algorithm
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130031
2 中国科学院大学, 北京 100049
根据深空探测相机轻质高刚度、高性能的要求, 设计了一种超轻主支撑结构。深空探测相比于地球探测环境更加严苛, 主支撑结构作为主承力结构, 其在发射、在轨环绕阶段都应具有高稳定性, 来保持各光学元件之间的相对位置不变。与传统方法相比, 文中采用拓扑优化得到清晰的主支撑结构的最佳传力路径, 然后通过尺寸优化来提高主支撑结构基频。最后进行轻量化设计, 其前后框架结构轻量化率达到90％以上。仿真分析和试验结果表明, 主支撑结构满足公差要求且基频(80.264 Hz)远远高于整星一阶频率, 应用光学测量的方法振前、振后前框架相对于后框架倾角为3″、0.3″, 满足光学系统的公差要求, 具有较好的稳定性。大量级力学试验后系统的波像差<λ/14, 满足光学系统成像质量要求。
深空探测 主支撑结构 超轻 拓扑优化 尺寸优化 deep space exploration main supporting structure ultra-light topology optimization size optimization 红外与激光工程
2019, 48(12): 1214003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足大口径离轴三反空间望远镜在轨成像质量需求, 设计了一种基于6-PSS并联机构的次镜调整机构, 并针对其精度进行了分析与实测。首先, 分析了次镜调整机构的组成和光学系统对它的精度需求。随后, 以逆运动学分析为基础建立了次镜调整机构的误差模型, 并对结构参数、动平台位置、动平台姿态对整机精度的影响进行了理论分析, 根据分析结果结合实际空间包络及重量等约束确定结构参数, 并采用Monte Carlo模型分析了该结构参数下的次镜调整机构的随机误差和系统误差。最后, 搭建了精度测试系统, 对次镜六维调整机构的主要技术指标进行了实测。测试结果显示, 次镜六维调整机构的位移分辨率优于0.1 μm, 角度分辨率优于0.5″, 双向重复定位精度达到亚微米/亚角秒量级（±0.4 μm/±0.3″）, 其绝对定位精度可以达到微米/角秒量级, 满足大型空间望远镜在轨成像要求。
大型空间望远镜 次镜调整机构 误差模型 精度分析 精度测试 large space telescope secondary mirror adjusting mechanism error model accuracy analysis accuracy testing 光学 精密工程
2019, 27(11): 2374
安徽大学 物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
为了有效采集多个方向的振动能量, 本文提出了一种圆柱形的压电阵列径向分布的二维(2D)振动能量采集器。通过将柔性弧形压电阵列径向分布在圆柱体上, 该采集器可以收集到二维(2D)平面内任意方向的振动能量。同时, 引入了角度带宽来描述采集器获取二维振动能量的能力。实验结果表明: 这种新型结构采集器的角度带宽接近180°; 而且, 通过把对称位置的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电元件进行反向串联, 采集器的最大输出电压可以达到11.6 V; 当把对称位置的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电元件反向并联时, 最大输出功率达到13.5 μW。与传统的悬臂式压电振动能量采集器相比, 该二维(2D)采集器具有更好的多方向振动能量采集性能。
压电振动能量采集器 二维振动 径向分布的压电阵列 角度带宽 piezoelectric vibration energy harvester two-dimensional vibration radially distributed piezoelectric array angle bandwidth
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高空间相机次镜Stewart型调整机构的定位精度, 需要完成机构的精密标定。针对6-PSS Stewart机构, 首先依据最小二乘原则, 利用驱动残差构建了参数标定模型。其次为提高标定优化问题的全局求解精度, 采用自适应路径(Variable Step Adaptive, VSA)及限界处理对单纯形布谷鸟算法进行改进, 并应用于标定优化问题求解。数值仿真表明其求解能力并优于单纯型布谷鸟算法。最后, 为保证标定的全行程有效性, 规划了包含位姿六元素的试验数据采样方法。实验结果表明, 经过该方法标定后, 位姿采样点处最大位移误差由19.97 μm降为9.68 μm, 最大转角误差由123.84″降为最大8.86″, 在非采样点处最大误差与采样点处在同一量级水平。基于上述模型、算法和采样位姿规划的标定方法可有效提高定位精度, 且标定结果在全行程区域内有效。
空间相机 精密标定 SMCS算法 Stewart平台 space telescope precision calibration SMCS algorithm Stewart platform 红外与激光工程
2018, 47(5): 0518002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
次镜调整机构作为空间望远镜主动光学调整的核心组件, 为实现在轨实时快速调整, 其调整精度和动态性能均有比较严格的要求。机构常采用Stewart平台结构形式, 基于逆运动学模型和关节空间PID控制相结合的方法, 由于受到模型的非线性和不确定性、扰动及耦合的影响, 难以取得较为满意的效果。为解决该问题, 从机电动力学模型出发, 将平台各支杆间耦合因素表征为外部干扰, 建立了互相解耦的关节机电模型。依据模型辨识结果采用乘性不确定性描述模型摄动, 依据模型误差界和性能指标要求设计混合灵敏度加权函数。针对虚轴极点问题, 采用扩展H∞方法, 将复杂动力学系统的控制器设计问题转化为堆叠S/T/KS混合灵敏度问题。在Matlab中求解得到鲁棒控制器, 并在DSP中完成数字算法实现。仿真分析及试验结果表明, 鲁棒控制器具有更好的鲁棒性、扰动抑制性能和动态特性, 能够满足空间应用的可靠性需求。
空间望远镜 Stewart平台 主动光学 鲁棒H∞控制 混合灵敏度 space telescope Stewart platform active optics robust H∞ control mixed sensitivity
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033
2 中国科学院研究生院,北京,100039
针对如何提高舰船的导航精度的问题,提出了一种Kalman滤波天文定位算法.该算法根据天文三角形理论,在确定的时间内,利用恒星的赤经、赤纬以及利用光电经纬仪(或其他测量设备)输出的高度角、方位角等信息实现天文定位,并建立了舰船动力学模型.采用稳健估计对Kalman滤波模型进行处理, 解决了滤波模型中非零均值系统白噪声的处理问题.采用该Kalman滤波对恒星的高度角数据进行滤波,实验结果表明,噪声为1'时定位误差由0.041253°降低为0.010394°,该算法提高了测量精度,抑制了测量噪声,有效增强了天文定位的可信度.
天文定位 卡尔曼滤波 稳健估计 天文三角形
