本文關鍵詞：氣浮臺平動控制及不平衡力矩補償系統(tǒng)設計

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【摘要】：氣浮臺可作為一種在太空環(huán)境下模擬無摩擦情況下的運動設備,其可以在地面上為衛(wèi)星及其他航天器提供一個近乎真實的運動環(huán)境,是地面全物理仿真實驗中的一個不可或缺的組成部件。本課題中兩個氣浮臺分別代表軌道器與上升器,通過設計及制造球碗-球面軸承,垂向運動機構,二級冷噴氣推力器等系統(tǒng),使得臺體具備六自由度。本文首先確定采用歐拉角方式對姿態(tài)平臺的運動狀態(tài)進行描述,另外結合大地坐標系,軌道坐標系,本體坐標系,建立了氣浮臺體各子系統(tǒng)的數(shù)學模型(質心移動數(shù)學等式,位置平臺與姿態(tài)平臺各自的運動學及動力學模型,機電傳動模型)。在Matlab/Simulink中編寫配套程序,搭建相應模塊,為后續(xù)實際物理系統(tǒng)裝配與聯(lián)調打好了基礎。針對不平衡力矩補償系統(tǒng)和冷噴氣系統(tǒng)進行詳細分析,采用不同備選控制方案構建相應的控制器,得到系統(tǒng)在各控制器下對應的仿真曲線,進而進行對比分析,選取最佳控制方案。除此之外,選用合適器件構建整體氣浮臺系統(tǒng)。工控機為控制器;雙軸傾角傳感器測量姿態(tài)平臺運動狀態(tài);步進電機與直線模組為不平衡力矩補償系統(tǒng)執(zhí)行機構;無線傳輸模塊將氣浮臺臺上工控機與地面工控機相連接,進行臺體位置及姿態(tài)信息等數(shù)據(jù)的交換。設計軟件系統(tǒng),編寫控制程序進行地面全物理仿真測試實驗。
【關鍵詞】：氣浮仿真實驗臺 不平衡力矩 冷噴氣系統(tǒng) 控制器設計
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V416.8;TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題的來源及研究意義8-9
• 1.1.1 課題的來源8
• 1.1.2 課題研究的背景和意義8-9
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及分析9-13
• 1.2.1 國外研究歷史與現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內研究歷史與現(xiàn)狀11-13
• 1.3 課題主要研究內容13-16
• 1.3.1 不平衡力矩補償系統(tǒng)及其控制方案設計14
• 1.3.2 平動系統(tǒng)及其控制方案設計14-16
• 第2章 系統(tǒng)數(shù)學模型建立及分析16-36
• 2.1 姿態(tài)描述方案16
• 2.2 坐標系系統(tǒng)設定16-17
• 2.3 各坐標系間傳遞矩陣的推導17-20
• 2.4 不平衡力矩補償系統(tǒng)可行性分析20-24
• 2.5 電機傳動系統(tǒng)數(shù)學模型建立24-27
• 2.6 姿態(tài)平臺數(shù)學模型建立27-32
• 2.7 姿態(tài)傳感器數(shù)學模型建立32-35
• 2.7.1 動力學等式32-34
• 2.7.2 運動學等式34-35
• 2.8 平動系統(tǒng)數(shù)學模型建立35
• 2.9 本章小結35-36
• 第3章 不平衡力矩補償系統(tǒng)控制器設計及測試36-60
• 3.1 單軸簡化模型分析測試36-41
• 3.2 不平衡力矩補償系統(tǒng)之模糊控制器設計41-47
• 3.3 模糊控制方案仿真測試47-50
• 3.4 不平衡力矩補償系統(tǒng)之質心反解+PID控制器設計50-54
• 3.5 質心反解方案仿真測試54-58
• 3.6 兩種不平衡力矩補償方案對比分析58-59
• 3.7 本章小結59-60
• 第4章 平動系統(tǒng)控制器設計及測試60-72
• 4.1 平動系統(tǒng)之棒-棒控制器設計60-62
• 4.2 平動系統(tǒng)之PID+PWM控制器設計62-65
• 4.3 平動系統(tǒng)之PID+PWPF控制器設計65-70
• 4.4 多組平動系統(tǒng)控制方案對比分析70-71
• 4.5 本章小結71-72
• 第5章 系統(tǒng)搭建與全物理實驗72-84
• 5.1 硬件系統(tǒng)設計72-73
• 5.1.1 不平衡力矩補償系統(tǒng)硬件框圖72
• 5.1.2 平動系統(tǒng)硬件框圖72-73
• 5.2 硬件系統(tǒng)測試73-79
• 5.2.1 不平衡力矩執(zhí)行機構73-75
• 5.2.2 姿態(tài)反饋機構75-78
• 5.2.3 平動機構78-79
• 5.3 軟件系統(tǒng)設計79-81
• 5.4 全物理實驗觀測81-83
• 5.5 本章小結83-84
• 結論84-85
• 參考文獻85-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的專利87-89
• 致謝89

【參考文獻】

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本文編號：1035434