【摘要】：月球基地是在月球上進(jìn)行長(zhǎng)期科學(xué)研究的基礎(chǔ),是對(duì)月球進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵。因此,建設(shè)月球基地是未來(lái)探月工程的一項(xiàng)重大任務(wù)。月球基地上儀器設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)需要能源動(dòng)力的支持。穩(wěn)定、充足的月面能源供應(yīng)系統(tǒng)是月球基地建設(shè)的基礎(chǔ)。月面發(fā)電站是解決未來(lái)月球基地能源供給問(wèn)題的一種可行方案。本文提出了以月面著陸器與無(wú)人巡視器為核心構(gòu)建月面小型發(fā)電站的技術(shù)方案,并對(duì)發(fā)電站建設(shè)中的一些潛在技術(shù)難題展開(kāi)研究。分析月球著陸區(qū)的環(huán)境特征和未來(lái)小型無(wú)人月球基地的能源需求,確定月面發(fā)電站的總體技術(shù)指標(biāo),并開(kāi)展月面發(fā)電站多種總體方案的設(shè)計(jì)與分析。經(jīng)多方案比較與篩選,所提出的基于月球車(chē)牽拉展開(kāi)的薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)電站具有較強(qiáng)的工程實(shí)施性。對(duì)薄膜太陽(yáng)能電池的展開(kāi)流程進(jìn)行了剖析,并對(duì)發(fā)電功率進(jìn)行了估算。為適應(yīng)著陸區(qū)崎嶇的地形條件,分析了月球車(chē)攜載的牽拉機(jī)構(gòu)應(yīng)具備的功能,并完成了四自由度牽拉機(jī)構(gòu)的構(gòu)型參數(shù)設(shè)計(jì)。依據(jù)所提出的薄膜展開(kāi)機(jī)構(gòu)方案,基于D-H法建立了四自由度牽拉機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,基于拉格朗日法建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。開(kāi)展了四自由度牽拉機(jī)構(gòu)與薄膜鎖定接口的詳細(xì)設(shè)計(jì),并完成原理樣機(jī)的加工與裝配。采用上下位機(jī)模式構(gòu)建薄膜牽拉運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。自主開(kāi)發(fā)了直流有刷伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和基于PCI總線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集卡,完成原理樣機(jī)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制、傳感器數(shù)據(jù)的采集和處理的底層任務(wù)。在Visual C++環(huán)境下開(kāi)發(fā)了上下位機(jī)的軟件程序,完成薄膜展開(kāi)過(guò)程控制的上層任務(wù)規(guī)劃。在牽拉機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于雙閉環(huán)PID算法和基于Lyapunov穩(wěn)定性的Back_Stepping算法的薄膜接口姿態(tài)穩(wěn)定控制律。通過(guò)Matlab和Adams的機(jī)電一體化聯(lián)合仿真,優(yōu)化了展開(kāi)過(guò)程中薄膜接口的姿態(tài)穩(wěn)定控制算法。通過(guò)開(kāi)展組成單元級(jí)試驗(yàn),對(duì)原理樣機(jī)的各組成單元的性能進(jìn)行檢驗(yàn)。通過(guò)開(kāi)展模擬薄膜展開(kāi)的系統(tǒng)功能級(jí)試驗(yàn),對(duì)月球車(chē)牽拉的薄膜太陽(yáng)能電池展開(kāi)方案進(jìn)行了全流程的試驗(yàn)驗(yàn)證。
[Abstract]:The lunar base is the basis of long-term scientific research on the moon and the key to the deep development and application of the moon. Therefore, the construction of lunar base is a major mission of the future lunar exploration project. The operation and maintenance of instruments and equipment on the lunar base need the support of energy power. A stable and abundant lunar energy supply system is the basis for the construction of the lunar base. The lunar power station is a feasible scheme to solve the problem of energy supply in the future lunar base. In this paper, the technical scheme of building small power station with lunar landing and unmanned patrol is put forward, and some potential technical problems in the construction of power station are studied. The environmental characteristics of lunar landing area and the energy demand of small unmanned lunar base in the future are analyzed. The overall technical index of lunar power station is determined and the design and analysis of various general schemes of lunar power station are carried out. Through the comparison and selection of multiple schemes, the proposed thin film solar cell power station based on lunar rover traction has strong engineering performance. The unfolding process of thin film solar cells is analyzed and the generation power is estimated. In order to adapt to the rugged terrain conditions in the landing area, the functions of the traction mechanism carried by the lunar rover are analyzed, and the configuration parameters of the four-degree-of-freedom towing mechanism are designed. The kinematics model of four-degree-of-freedom mechanism is established based on D-H method, and the dynamic model of mechanism is established based on Lagrangian method. A detailed design of the interface between the four degree of freedom pull mechanism and the film locking mechanism is carried out, and the machining and assembly of the principle prototype is completed. The film traction motion control system is constructed by the mode of upper and lower machine. The DC brush-servo motor driver and the data acquisition card based on PCI bus are developed independently to accomplish the basic task of motor motion control and sensor data acquisition and processing in the principle prototype. The software program of the upper and lower computer is developed in Visual C environment to complete the upper layer task planning of the film deployment process control. Based on the dynamic model of the pull mechanism, the attitude stability control law of the film interface is designed based on the double closed loop pid algorithm and the BackStack Stepping algorithm based on Lyapunov stability. The attitude stability control algorithm of the membrane interface in the process of expansion is optimized by the combined simulation of Matlab and Adams. The performance of each component unit of the principle prototype is tested through the component unit level test. In this paper, the system function level test of simulating membrane deployment is carried out to verify the whole process of the solar cell expansion scheme of lunar rover.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.42

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本文編號(hào)：2123865