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捷联惯导系统振动控制技术研究

作　者: 袁军锋
导　师: 郑宾
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 捷联惯导系统被动隔振振动主动控制智能结构
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着现代国防建设，对于精确打击、精确导航等技术提出了越来越高的要求。捷联式惯性导航系统以其结构简单、量小质轻、精度高等特点，被广泛应用于导弹制导、陆地车载导航等领域。由于实际的运用环境复杂多变，捷联惯导系统的导航精度受环境振动因素影响较大，因此对其进行振动控制就显的尤为重要。本文查阅分析了国内外大量相关技术文献，对目前受关注较高的被动隔振技术与振动主动控制技术进行了研究。在了解捷联惯导系统的振动特性基础，运用两种技术对其进行了减振的理论分析，有限元仿真以及实验研究，最终不同的振动控制技术都能够达到相应的减振效果，并且主动控制技术减振效果较好，具有广泛的适用性和结构融合性。首先分析了捷联惯导组件在实际运用环境中的振动特性，根据简化分析得到的被动隔振系统的单自由度刚体弹性支撑系统模型，建立了捷联惯组被动隔振的六自由度等效模型，并对模型进行动力学分析，建立了动力学微分方程；基于被动隔振分析，建立了主动隔振系统模型，并进行了动力学分析；运用Hamilton原理建立了捷联惯组粘贴式压电作动器振动主动控制系统的有限元模型，并应用模态截断法对有限元模型进行了降阶处理，运用D优化准则对主动控制中压电传感器和作动器的优化配置进行了分析。其次，运用ANSYS软件对捷联惯导系统的安装组件进行了结构动力学仿真分析，得到了前四阶振型，针对捷联惯导系统的实际应用环境分别对被动隔振、主动隔振以及粘贴式压电作动器振动主动控制技术进行了正弦和瞬态加载的仿真分析，经过分析不同的控制技术都达到了相应的减振效果，且主动控制技术的减振效果较好，并对主动隔振技术和粘贴式压电作动器振动主动控制技术中压电作动器的优化配置进行了仿真分析。最后，进行了实验验证。先对捷联惯导系统安装组件进行了谐振搜索，找到了其谐振频率，与仿真的结果基本一致。搭建了基于捷联惯导系统安装组件的被动隔振系统，进行了正弦扫频和随机振动实验，测得抑振效果与仿真结果一致。搭建了捷联惯导系统主动控制系统。经过实验验证，实验结果与仿真结果基本吻合，说明仿真结果具有较高的正确性和参考价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1. 绪论  11-21
  1.1 工程背景与选题意义  11-13
  1.2 被动控制技术发展与应用  13-16
  1.3 振动主动控制技术研究现状  16-19
    1.3.1 智能结构的研究现状  16-17
    1.3.2 智能结构振动主动控制研究进展  17-19
  1.4 论文研究内容与结构安排  19-21
2. 捷联惯导系统被动隔振技术研究  21-38
  2.1 引言  21
  2.2 被动隔振系统设计  21-28
    2.2.1 隔振模式的选择  21-26
    2.2.2 被动隔振系统设计要求  26-27
    2.2.3 隔振器件的选型  27-28
  2.3 捷联惯组被动隔振系统的振动微分方程  28-36
    2.3.1 被动隔振的简化模型  28-31
    2.3.2 捷联惯导系统隔振简化模型  31-32
    2.3.3 振动微分方程的建立  32-36
  2.4 被动隔振系统的振动模态分析  36
  2.5 本章小结  36-38
3. 捷联惯导系统振动主动控制研究  38-61
  3.1 引言  38
  3.2 捷联惯组振动主动控制系统原理  38-39
  3.3 压电元件的基本特性  39-43
  3.4 捷联惯导系统主动隔振系统分析  43-46
  3.5 粘贴式压电作动器振动主动控制有限元分析  46-60
    3.5.1 安装支架的结构假设与模型  47-50
    3.5.2 主动控制系统模型有限元分析  50-52
    3.5.3 压电传感方程与驱动方程  52-54
    3.5.4 有限元模型降阶  54-57
    3.5.5 压电传感器与驱动器的优化布置  57-60
  3.6 本章小结  60-61
4. 捷联惯导系统振动控制仿真分析  61-79
  4.1 引言  61
  4.2 ANSYS 软件介绍  61-62
  4.3 捷联惯导系统安装组件的有限元分析  62-68
    4.3.1 模态分析  62-64
    4.3.2 谐响应分析  64-67
    4.3.3 瞬态动力学分析  67-68
  4.4 捷联惯导系统被动隔振分析  68-70
    4.4.1 正弦加载分析  69-70
    4.4.2 瞬态加载分析  70
  4.5 捷联惯导系统主动隔振分析  70-75
    4.5.1 正弦加载分析  72
    4.5.2 瞬态加载分析  72-73
    4.5.3 主动隔振器的优化分析  73-75
  4.6 粘贴式压电作动器振动主动控制分析  75-78
    4.6.1 正弦加载分析  75-76
    4.6.2 瞬态加载分析  76
    4.6.3 压电传感器与驱动器优化配置分析  76-78
  4.7 本章小结  78-79
5. 捷联惯导系统振动控制实验研究  79-88
  5.1 引言  79
  5.2 实验主要设备  79-80
  5.3 捷联惯导系统安装组件动力学特性实验研究  80-82
  5.4 捷联惯导系统被动隔振实验研究  82-85
    5.4.1 被动隔振实验系统的搭建  82
    5.4.2 正弦振动实验及结果分析  82-84
    5.4.3 随机振动实验及结果分析  84-85
  5.5 捷联惯导振动主动控制系统搭建  85-86
  5.6 捷联惯导系统安装组件结构改进  86
  5.7 本章小结  86-88
6. 总结与展望  88-90
  6.1 总结  88-89
  6.2 展望  89-90
参考文献  90-95
攻读硕士学位期间发表的论文  95-96
致谢  96-97

捷联惯导系统振动控制技术研究

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