在空間任務(wù)中,航天器在軌服務(wù)技術(shù)的地位在逐步提高,對(duì)于航天器組合體協(xié)同控制的研究也越來越多。而在任務(wù)之前,與之相關(guān)的航天設(shè)備都必須在一定條件下進(jìn)行測(cè)試,其中最關(guān)鍵的因素就是失重。氣浮仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由于其成本較低、擾動(dòng)小與實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),可以有效檢驗(yàn)在航天器上運(yùn)行的控制策略的效果,成為模擬航天器空間中交會(huì)對(duì)接、姿態(tài)控制與在軌捕獲等技術(shù)的重要手段。本文主要研究氣浮臺(tái)實(shí)驗(yàn)中3自由度的模擬星體的運(yùn)動(dòng)控制問題,包括單個(gè)模擬星體與組合模擬星體兩種情形,且對(duì)于組合模擬星體考慮單星控制與協(xié)同控制兩種控制模式。首先,對(duì)氣浮臺(tái)的基本環(huán)境信息以及模擬星體設(shè)備的硬件組成做了簡(jiǎn)單介紹。在分析了模擬星體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)特性后,定義了慣性坐標(biāo)系與固連于模擬星體的體坐標(biāo)系。通過對(duì)單個(gè)模擬星體進(jìn)行受力分析,建立了體坐標(biāo)系下的等效力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上分別推導(dǎo)出單個(gè)模擬星體和組合模擬星體在慣性坐標(biāo)系下的動(dòng)力學(xué)模型。接著,根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),分析并設(shè)計(jì)了軟件框架部分,以及在該框架下的一些基礎(chǔ)模塊。通過分析模擬星體運(yùn)動(dòng)的總體過程,設(shè)計(jì)了導(dǎo)航模塊。根據(jù)模擬星體動(dòng)力學(xué)模型,采用并設(shè)計(jì)了數(shù)字PID控制器。在等效力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

拋物線飛行模擬失重環(huán)境

落塔裝置

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-圖1-3微重力模擬氣浮系統(tǒng)模擬星體根據(jù)系統(tǒng)組件的大小和質(zhì)量，氣浮軸承的數(shù)量、類型與位置有所不同。殘余重力加速度約為10-3-10-5g，具體取決于平臺(tái)表面類型和模擬星體的其他參數(shù)，可見氣浮臺(tái)實(shí)驗(yàn)的擾動(dòng)小于拋物線飛行并且可與大多數(shù)落塔實(shí)驗(yàn)相媲美。此外，即使將裝滿壓縮空氣的氣體罐安裝在臺(tái)體上，實(shí)驗(yàn)時(shí)間也能持續(xù)幾分鐘至45分鐘不等。氣浮臺(tái)的主要缺點(diǎn)在于其有限的自由度，但可以通過增加氣浮軸承或者機(jī)械臂等方式來實(shí)現(xiàn)更高的自由度。氣浮臺(tái)具有最廣泛和最多樣化的應(yīng)用領(lǐng)域。除了上述有關(guān)的實(shí)驗(yàn)編隊(duì)飛行和在軌機(jī)器人，它們也用于與對(duì)接系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，比如低重力物體的起落架和運(yùn)動(dòng)測(cè)試。氣浮臺(tái)實(shí)驗(yàn)既能用于理論驗(yàn)證與算法測(cè)試，也能運(yùn)轉(zhuǎn)飛行硬件和特定設(shè)備的工程模型。氣浮臺(tái)由于其成本較低，引入擾動(dòng)小與實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以滿足大部分情況下微重力的條件需求，進(jìn)而進(jìn)行航天任務(wù)模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[7]。其中模擬星體一般分為兩類，一類用的是轉(zhuǎn)動(dòng)型氣浮軸承，模擬星體在固定機(jī)座上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[8]；另一類用的是平面型氣浮軸承，模擬星體可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)表面任意移動(dòng)。如果組合使用兩種氣浮軸承，將能實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。本文主要研究具有3個(gè)自由度（3DoF）且采用平面型氣浮軸承的模擬星體，3個(gè)自由度分別為：模擬星體平移運(yùn)動(dòng)的位置,以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的偏航角度。近年來，隨著各國航天任務(wù)的復(fù)雜程度逐步提升，航天任務(wù)已經(jīng)不再局限于單星或多星組網(wǎng)的對(duì)地觀測(cè)、通信、導(dǎo)航等常規(guī)領(lǐng)域，空間維修、在軌加注、捕獲等復(fù)雜操控技術(shù)等日益受到關(guān)注[9]。鑒于航天器在軌服務(wù)技術(shù)良好的應(yīng)用

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]網(wǎng)絡(luò)化多智能體系統(tǒng)編隊(duì)控制策略設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[D]. 陳東亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]空間機(jī)械臂抓取目標(biāo)的碰撞前構(gòu)型規(guī)劃與控制問題研究[D]. 叢佩超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于模型預(yù)測(cè)控制的氣浮臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制研究[D]. 王恩友.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]局部慣量未知的航天器組合體姿態(tài)控制[D]. 秦琰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]基于分?jǐn)?shù)階理論的氣浮臺(tái)姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 龐慧.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3072855