题目：空间高稳定精密跟瞄Hexapod平台指向与振动控制研究

随着空间激光通信、对地观测等领域中高精度光学设备的应用越来越广泛，航天器上的高稳定精密跟瞄平台已成为空间应用技术的研究热点。应用背景要求跟瞄平台不仅能够对航天器及终端设备本身的各种干扰进行隔离与抑制，同时可以提供较大范围的精确跟瞄。本文以此为背景，提出了以宏/微双重驱动式复合作动器为主动杆的高稳定精密跟瞄Hexapod平台概念，并对此平台进行了设计与研制，形成了高稳定精密跟瞄Hexapod平台样机，建立了相应的测试与实验系统，对其复合作动器和Hexapod平台整体样机进行了性能测试和控制实验研究。此外，考虑到在轨应用对控制设备小型化的要求，设计了DSP小型控制系统，并利用自适应桁架振动控制实验系统进行了控制实验研究。 论文综述了当前天基跟瞄技术的发展现状，分析了传统跟瞄系统的特点和存在的问题，介绍了并联机构Hexapod平台在隔振、定位与跟瞄领域的研究、应用及特点。在此基础上提出了基于复合作动器的高稳定精密跟瞄Hexapod平台的概念。 在讨论了Hexapod平台运动学基本关系的基础上，提出了高稳定精密跟瞄Hexapod平台样机的设计要求，并对Hexapod平台的关键部件进行了设计，包括：复合作动器、铰链机构及各种配件。参照复合作动器和铰链机构的特性，以Hexapod平台工作空间为约束条件，进行了平台构型参数优化，由此完成了高稳定精密跟瞄Hexapod平台的设计。 通过数值计算得到了Hexapod平台的工作空间、奇异性以及铰链偏转角范围，并通过轨迹规划与生成求解了平台的额定和最大运动速度。利用ADAMS和Matlab软件分别建立了平台机构和动力学模型，选择了分时串联的指向控制策略和基于SISO（Single Input Single Output）模式的改进ADC（Adaptive Disturbance Canceller）振动控制方法，进行了指向和振动控制仿真，取得了很好的结果。 基于设计进行了高稳定精密跟瞄Hexapod平台样机的研制，包括复合作动器及其装配件、铰链支座及导杆、基平面和负载面，最终组装完成了高稳定精密跟瞄Hexapod平台样机。为了对复合作动器和Hexapod平台样机进行性能测试和控制实验，利用多种传感器和控制装置设计和构建了复合作动器性能测试系统、复合作动器控制实验系统、Hexapod平台控制实验系统。为了实现控制设备的小型化，基于数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）开发了小型控制系统。 最后，开展了一系列的测试及控制实验研究。基于复合作动器性能测试系统测试了作动器宏、微动部分的行程、速度、定位精度等性能，结果表明：宏动部分的行程和速度与标称值基本吻合，微动部分具有数十微米的行程和良好的动态特性，宏动部分定位误差远小于微动部分行程，这均与设计要求相符。基于复合作动器控制实验系统进行了复合作动器闭环定位与振动控制实验，结果表明：复合作动器的闭环定位精度高于1µm，振动隔离达90%以上。基于Hexapod平台控制实验系统实测了Hexapod平台样机工作空间、转动速度、动态特性等性能，结果表明：Hexapod平台样机的各项性能参数均很好的吻合了仿真结果。基于Hexapod平台控制实验系统还开展了Hexapod平台样机的指向控制实验和高、低频扰动下的振动隔离和抑制实验，结果表明：Hexapod平台样机的指向精度在±5µrad之内，振动隔离、抑制均在90%左右。此外，本文利用三棱柱自适应桁架实验平台，进行了DSP小型控制器振动控制实验，结果显示：该控制器可使桁架振动消除90%以上。 上述仿真和实验结果，验证了本文宏/微双重驱动高稳定精密跟瞄Hexapod平台概念和设计的可行性与有效性。