【摘要】：為了更好地探索和利用太空資源,各種航天器相繼被制造出來執(zhí)行相應的任務。然而,空間環(huán)境與地面環(huán)境孑然不同,真空、輻射和微重力等條件對航天器提出了嚴格的要求。太空任務的復雜性和高運行成本使得人們不得已需要在地面對航天器進行測試試驗,因此全物理仿真器應運而生。全物理仿真器可在地面完整模擬航天器在軌運行狀態(tài),極大地降低了航天器執(zhí)行任務前的測試成本,也能提高復雜任務的執(zhí)行效果。為了縮短使用六自由度氣浮臺進行試驗時的準備時間,優(yōu)化初始狀態(tài)及提高控制效果,將針對六自由度氣浮臺的垂向位置控制和姿態(tài)穩(wěn)定控制進行深入研究。首先,研究垂向氣浮軸承工作過程,分析了氣浮軸承氣隙對運動的阻力因素,同時分析氣源輸入不穩(wěn)定因素。選擇具體執(zhí)行機構并建模。將氣浮軸承抽象為變質量氣腔并建模,并以此為基礎建立垂向位置自動調節(jié)系統(tǒng)總模型。通過仿真,對模型進行可行性驗證及特征分析。其次,采用雙閥分段控制方案。根據(jù)控制要求,分析了分段控制的參數(shù),并設計了分段開關邏輯及程序。然后,按照提出的雙閥控制方案,在細調階段采用數(shù)字增量式PID控制器;在粗調階段采用模糊PID控制器。在粗調控制中,放棄經(jīng)驗整定的模糊規(guī)則,設計了適應度函數(shù),并對遺傳優(yōu)化算法中的各個主要算子進行改進,對規(guī)則進行優(yōu)化處理。而后對控制方案進行綜合仿真。再次,研究了六自由度氣浮臺試驗準備階段及�？侩A段上臺體的姿態(tài)穩(wěn)定控制。應用誤差四元數(shù)建立氣浮臺上臺體的姿態(tài)模型。針對抑制外部干擾和迅速穩(wěn)定的需求,設計新型非奇異快速終端滑模切換函數(shù),并使用反步法推得趨近控制律。采用數(shù)值仿真驗證此控制算法。最后,進行硬件選型、軟硬件系統(tǒng)搭建。設計人機交互界面,編寫控制程序并對提出的控制方案進行工程實驗測試。
[Abstract]:In order to better explore and utilize space resources, various spacecraft have been created to carry out corresponding missions. However, the space environment is different from the ground environment, vacuum, radiation and microgravity conditions put forward strict requirements for spacecraft. Because of the complexity of space mission and the high cost of operation, people have to test the spacecraft in the ground, so the all-physical simulator emerges as the times require. The full physical simulator can simulate the state of spacecraft in orbit completely on the ground, which greatly reduces the test cost before the spacecraft carries out the mission, and can also improve the performance of complex tasks. In order to shorten the preparation time, optimize the initial state and improve the control effect, the vertical position control and attitude stability control of the six-degree-of-freedom air flotation platform are studied. Firstly, the working process of the vertical air bearing is studied, and the resistance factors of the air gap to the movement of the air bearing are analyzed, and the unstable factors of the air source input are also analyzed. Select specific implementing mechanism and model. The air bearing is abstracted as a variable mass air chamber and modeled, and the general model of the vertical position automatic control system is established based on the model. Through simulation, the feasibility of the model is verified and the characteristics are analyzed. Secondly, two-valve subsection control scheme is adopted. According to the control requirements, the parameters of the piecewise control are analyzed, and the logic and program of the piecewise switch are designed. Then, according to the proposed double valve control scheme, the digital incremental PID controller is used in the fine tuning stage, and the fuzzy PID controller is used in the coarse tuning stage. In rough tuning control, the fuzzy rule of empirical tuning is abandoned, the fitness function is designed, the main operators in genetic optimization algorithm are improved, and the rules are optimized. Then the control scheme is simulated synthetically. Thirdly, the attitude stability control of the onstage in six degrees of freedom test preparation stage and docking stage is studied. The error quaternion is used to establish the attitude model of the air floatation platform. A novel sliding mode switching function of a nonsingular fast terminal is designed for the demand of suppressing external interference and fast stability and the approach control law is obtained by using the backstepping method. The control algorithm is verified by numerical simulation. Finally, hardware selection, hardware and software system construction. The man-machine interface is designed, the control program is written and the proposed control scheme is tested by engineering experiments.
【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】：2017
【分類號】：V416.8;TP273

【參考文獻】

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本文編號：2272941