本文關(guān)鍵詞：撓性附件模擬器控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著世界航天技術(shù)的日益發(fā)展,世界上經(jīng)濟科技實力雄厚的國家都將太空看作一塊資源必爭之地。太空資源的爭奪是一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭。航天器的發(fā)射次數(shù)和頻率也隨之變得更高。航天器的負(fù)責(zé)程度也隨之變高,這對于航天器的控制提出了很高的要求。驗證控制算法,進行仿真實驗無疑變得越來越重要。本文探討的是航天器地面物理仿真系統(tǒng)中一個重要的環(huán)節(jié),研制一種可以模擬撓性附件的設(shè)備。本文首先在緒論部分討論了撓性附件模擬器課題的來源和意義。并探討了我國和世界各國在撓性衛(wèi)星地面物理仿真方面的技術(shù)和理論進展,從而印證了研制該設(shè)備的必要性和重要性。在介紹了撓性附件模擬器的整體結(jié)構(gòu)功能之后,通過對帶有撓性附件模擬器的衛(wèi)星氣浮平臺進行動力學(xué)建模,對比帶有撓性附件的衛(wèi)星航天動力學(xué)模型,在理論上驗證兩個系統(tǒng)模型的等價性。從而在理論上驗證了撓性附件模擬器的可行性。然后,選取一個自由度的主動梁為研究對象,對帶有擺動式音圈電機的主動梁模型進行系統(tǒng)建模。在分析了擺動式音圈電機的原理和特點之后對其進行了建模;在對主動梁進行了模態(tài)分析之后建立了主動梁的力矩控制模型。結(jié)合了音圈電機的模型和主動梁的模型組成了整個系統(tǒng)的模型。在得到了主動梁系統(tǒng)模型之后,討論控制器的設(shè)計。本文中采用滑模變結(jié)構(gòu)控制器,針對滑模變結(jié)構(gòu)控制具有較強魯棒性的特點,通過MATLAB仿真基于不同的趨近律的滑�？刂破�,驗證驗證系統(tǒng)對于干擾信號的抗干擾性。最后對撓性附件模擬器控制系統(tǒng)進行了硬件部分和軟件部分的設(shè)計。硬件包括擺動式音圈電機、嵌入式工控機、圓光柵、信號采集卡、運動控制卡等。軟件主要采用基于windows的嵌入式實時操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺,提高了系統(tǒng)處理的實時性。最后對搭載的小型驗證平臺進行了實際工程測試,從工程上驗證了該設(shè)備的可行性。
【關(guān)鍵詞】：撓性附件模擬器 滑�？刂� 撓性附件 撓性航天器姿態(tài)動力學(xué) 擺動式音圈電機
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V416.8
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題的來源及研究目的和意義8-9
• 1.2 撓性附件振動模擬國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀總結(jié)13-14
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容14-18
• 1.3.1 課題項目總體概述14-16
• 1.3.2 本論文的主要內(nèi)容16-18
• 第2章 撓性附件模擬器理論基礎(chǔ)與等價性分析18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 撓性結(jié)構(gòu)航天器建模理論基礎(chǔ)18-21
• 2.2.1 撓性體的離散化方法18-20
• 2.2.2 撓性航天器動力學(xué)基本方法20-21
• 2.3 帶撓性附件的航天器動力學(xué)模型21-29
• 2.3.1 撓性附件運動學(xué)描述21-22
• 2.3.2 剛性附件運動學(xué)描述22-23
• 2.3.3 帶撓性附件的航天器平動動力學(xué)描述23-24
• 2.3.4 帶撓性附件的航天器姿態(tài)動力學(xué)描述24-25
• 2.3.5 撓性附件振動動力學(xué)方程25-27
• 2.3.6 撓性附件航天器動力學(xué)模型化簡27-29
• 2.4 帶撓性附件模擬器的氣浮臺動力學(xué)模型29-30
• 2.5 撓性附件模擬器等價性分析30-31
• 2.5.1 等價性分析概述30-31
• 2.5.2 等價性分析的推導(dǎo)驗證31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 撓性附件模擬器控制系統(tǒng)模型建立32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 擺動式音圈電機原理32-33
• 3.3 擺動式音圈電機數(shù)學(xué)模型33-35
• 3.4 主動梁的模型35-38
• 3.5 撓性附件模擬器系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型38-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 撓性附件模擬器控制方法設(shè)計41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 傳統(tǒng)PID控制41-44
• 4.3 滑模變結(jié)構(gòu)控制44-55
• 4.3.1 滑模變結(jié)構(gòu)原理44-46
• 4.3.2 滑�？刂破鞯脑O(shè)計方法46-48
• 4.3.3 撓性附件模擬器控制系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計48-54
• 4.3.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 撓性附件模擬器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)56-73
• 5.1 引言56
• 5.2 撓性附件模擬器硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)56-61
• 5.2.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)57
• 5.2.2 角度位置傳感器57-58
• 5.2.3 音圈電機及驅(qū)動器58-60
• 5.2.4 運動控制卡和數(shù)據(jù)采集卡60
• 5.2.5 控制計算機60-61
• 5.3 撓性附件模擬器軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)61-64
• 5.3.1 開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)61-62
• 5.3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計62-64
• 5.4 撓性附件模擬器驗證實驗64-72
• 5.4.1 撓性附件模擬器性能指標(biāo)要求64
• 5.4.2 撓性附件模擬器小型驗證設(shè)備64-68
• 5.4.3 撓性附件模擬器信號跟蹤初步實驗68-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-79
• 致謝79

【參考文獻】

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本文編號：587259