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小型太阳模拟器结构设计.doc

小型太阳模拟器结构设计

傻瓜小艾
2017-11-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《小型太阳模拟器结构设计doc》,可适用于综合领域

小型太阳模拟器结构设计第卷第期年l月春T大学(闩然卡斗学版)Jouma|ofChangohunIIniversityofScienceandTechnologyfNatmnI~cicnceFditi{II)小型太阳模拟器结构设计刘电龙,徐熙平,文大化,孙敏,徐哲(长春理工大学光l三工程学院,长春:中周科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春)摘要:介绍了用于俚星姿态控制的太阳敏感器地面模拟试验与标定的空间小型太阳模拟器的结构设计方案由光源发出的光经模拟器本体底部发出照射到待标定的二:作面,通过步进电机控制模拟器的转动来实现入射光角度的变化从而模拟太阳相对丁太阳敏感器的矢量方位角的变化关键词:太阳模拟器太阳敏感器:姿态控制中图分类号:V文献标识码A文章编号:(O)TheStructuralDesignofSmallscaleSola='Simulatol'LIUDianlongI,XUXiping,WENDahua,SUNMin,XUZhe(ChangchunUniversityofScienceandTechnology,CollegeofOptoelectrofiicEngineeringChangchunChineseAcademyofSciences,ChangehunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,Changchunl)Abstract:ThispaperintroducesthesL'ueturaldesignofsmallscalespatialsolarsimulatorwhidlcalibratingandgroundsimulationtestingthesolar~orthatusedinsatelliteattitudecontroThelightofthesimulatorthroulghthebottomi~radiatethefaceoftheobjectundertest,throughsteppermotortocontrolthesimulatortoachievetheanglechangeoftheincidentlightThussimulatesthevectorazimuthchangethesunrelativetothesolarnsoEKeyWOIds:solarsimulato~:solarsensorattitudecontro太阳模拟器的廊用领域非常广泛大型太模拟器是航天技术中星空间环境模拟的主要组成部分,~tIix型太阳模拟器用于卫星姿态控制的太阳敏感器地而模拟试验与标定及地球资源卫星多光谱扫描仪太阳光谱辐照响应的地面定标在光伏科学与:r程中,中小犁的太阳模拟器又可用于太阳能电池的检测与标定,遥感技术中室内模拟太阳光谱辐照以及农业科学中研究植物发育和培育良种,建材行业中材料的耐辐照老化试验等本文中的小型太阳模拟器用于卫星姿态控制的太阳敏感器地面模拟试验与标定太阳敏感器是检测人阳欠晕方位角的一种光学仪器,基本功能是获取八矢量在与太敏感器相I盎I联的星体坐标系rf的方位信息,来对守间飞行器进行姿态测量,姿态确定与姿态控制J纠系统总体结构,J患FigIThesketchmapofsystemsoverallstructure指标要求摆角精度:优于O~摆角零位精度优于【)~:拦角范为~连续川,指标要求及总体结构总体结构收稿LJ期:作嚣简介:刘电舵(一}坝I'耕究,J卜扶测叶,术,仪f{j,"lllitll:LlI{ll第期刘电龙,等:小型太阳模拟器结构设计小系统主要有模拟器本体,光阑准直系统,减速器,步进电机,基席等部分组成模拟器本体与光阑准直系统相连接,准直系统通过摇臂与减速器连接,减速器和步进电机通过联轴器连接如图所示系统各部分结构及功能灯室结构及调灯机构根据光源的指标要求,可采用柱形氙灯作为光源,一定功率的氤灯既可以满足光强强度的要求但供电电源输出一定婪稳定才能保证光源的稳定灯室有灯室腔和灯架组成,灯室腔是一个圆形管,同时存灯室腔的两侧和顶部开了许多散热孔,以便于较好地散热灯室下方有'个长mm,宽mm的矩形通光槽,光通过矩形通光槽进入下面的准直系统灯室结构如图所示灯结构FigLamphous~structure妁架用于支撑氙灯,氙灯采用水平点燃方式灯的支撑采用两端固定,但不加紧的支撑方式,以确保氚灯在点燃后,两端可以沿氙灯轴线方向释放山于高温引起的热膨胀应力灯的支撑部分是受热最为严峻的部件为了减小因支撑部分热膨胀引起的灯两端的附加应力,支撑部什应选用表面抛光且耐高温不变形的合金材料,它对太阳辐射的吸收系数应比较小考虑到温度会比较高,氚灯与灯架间需要置一层隔热材料灯架除了用于支撑氤灯以外,它本身就是'个调灼'机构,用米调节灯的中心位置,可以进行水方向和垂直方向的二维训节如图所示调灯机构FigAdjustlampinstitutions调整蝶钉A用于灯水平方I的调节,B用于,上J垂直方向的调侧罄螺寨,D))训*撑簧的松紧…了'r作过…【,部'热蔓度会很高,所以祭个灯率和凋架均璎选川耐且变形的合金利料柬做灯窜与准直机构之通过螺钉与连接孔近结,中间逊需加一热垫,热量通过灯窒向准盥系统扩散'准直结构氙灯发出的光通过形通光槽后进入光阑直系统准直系统示意图如罔所示,结构陶如图所示光jfE系统意FigThesketchmapofcollimatingsystem连揍i瞳:孔弛嘲图光阑准直结构FigLenssorconcollimatingstruoturc光经过道光阑的过滤后到达准:卣柱面透镜进入准直系统的光土要有两种:'种是光源直接发的光另'种是经过灯室腔反射后进入准直系统的光这两种光首先通过光阑l,光阑把大部分f}光源直接发出的能够进入准亢系统部,但不能:茸接照到准:卣梓面透镜的光和一部分经过灯室反射后进入准直系统的光滤掉这样绛过光的过滤后到达光喇的光j婴::JJI址If:泺lIl接发出的}能II{五j'jjl:Inliii,t疏n,绝人部分:利叠{j:I州jtt人'l而没有被光l滤n勺光:''千II址山光反唰到准直系统内表而义产生漫反射的光这些光通过光阑的过滤后到达光阑这样到达光阑光慕本上都是南光源直接发出的光和很微弱的一部分南光阑反射到准直系统内表面又产漫反射的光再经过光阑的过滤后到达准:氲柱面透镜,从而剑达准直柱面透镜的光就都是m光源发}l的射光同时,为了减弱准直系统内表的漫反射,,存其内表新涂lI硬材料或'I贩光纸长春理l人学(j然科学版)运动控制结构由于是用来模拟太刚相对太阳敏感器的移动,所以转动速度必须不能过快本系统用步进电机来驱动,虽然步进电机是南脉冲驱动来转动,但当脉冲频率过小,步进电机速度低十一定程度运行时会产生振动为了保证稳定性,所以不能使步进电机在过低速条件下工作否则就不能满足稳定性要求,因此就需要加减速机构来实现考虑稳定性和转动精度的要求,选用谐波齿轮减速器来实现减速的目的运动控制结构如图所示运动控制结构FigMotionoontrolstruotur~存步进电机控制系统设计IlI'传统的方法是用逻辑电路或单片机实现步进电机控制,虽然此方法可行,但南于线路复杂而且制成后不易调整,因此存在一定的局限性该系统采用虚拟仪器图形化编程软件LabView实现埘步进电机的位置控制系统有较好的人机交互界面,编程简单,根据同的要求可随时调整控制方式系统的控制流程图如图所示输入转动角度l,l:始转动Il停JllI转动l运动控制流程FigTheflowohartofmotioncontrol本系统的精度由电机的转动精度和谐波减速器的传动精度共同决定谐波减速器的传动精度由空网(空载情况下,改变输入轴转向时,输出轴转角的滞后量)和传动误差(当输入轴单向旋转时,输m轴的实际转角与理论转角之差)决定本系统采用XB型高精密级谐波减速器,指向精度达到'=O~,传动精度达到"=Oo,果用步角为o的步进l"机,进行flit分的精慢::=o则系统的精度f以达到()t十O~=~o,Ixllit,能够满足系统精瞍蛆求结论模拟器本体采用的管式结构,有利于灯室的散热,又可以通过散热孔直接观察到灯窜I部的情况和灯的中心位置,使于调节采用fI勺与中心聋}Il垂直且依附在灯室上的十字结构调灯系统可以很方便的调节灯的rf心位簧,使之与巾心轴重合光阑准直系统采用tt形结构,它与模拟器本体连接时可以保证与灯中心轴的平行,光口J以平行经过准直系统到达准卉=锐,冉平行输出减速机构浆偕波做速齿轮,是山J谐波减述iij轮的减j坐比彼人,动精度高,…般的行星认茈述轮丈人的地比,需要多级传动,传动精度很,啦器与步进电机n接采rH联轴'fl',j连接方式日J以他}机轴平lI减述器轴I{,但在加丁基序时也耍保证安装螺孔的位置精度,r精度,j端曲的章胄度等本系统除了用于太阳敏感器地模拟试验与},J,定之外,在太阳光伏科学与工程II'改变下光源结构(加G滤光片)就可达到A类太阳模拟器标准,即可可用J太阳能IU池的检测j标定,光l材料特性测试等还可以川丁生物化学棚灭洲试,皮肤化妆川占f的试验测试检测,建利业,II材料l甾j老化弋刘I波拟拽术J比'柑ImUI,r,:lll,胡以八敏感的hit'l!J术'tiIf}々lIlIf元什'材料(:Is州,温庆'张伟爻波减迎器问,j一,JJ州J真,低,,lL):l张国玉,刘淑打卜}麦,移J人…幞拟扑制系统研究JK彳大,,():杨林,千晓光LabView控制步进I机JlIU气传动,():

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