我國2005年確立了空間站建設計劃,根據(jù)空間機械臂在國際空間站上的任務,艙外空間機械臂是空間站建設和維護、載荷照料、表面損傷檢查、在軌可更換單元更換以及宇航員艙外輔助等的必要工具�？臻g機械臂除了要完成上述復雜多樣化的任務之外,還要在高輻射和大溫差等惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。本文結合XXX機械臂研制項目,主要開展了空間站機械臂多感知關節(jié)系統(tǒng)設計、機械臂末端六維加速度傳感器設計及其在振動抑制中的應用研究。為滿足空間機械臂長壽命、高可靠性、任務復雜多樣以及可維護性高等要求,在大中心孔關節(jié)機械結構基礎上,設計了基于CPU+反熔絲FPGA架構的關節(jié)多感知控制系統(tǒng)。采用冷備份設計,主備份系統(tǒng)結構功能相同,通過母版實現(xiàn)內(nèi)部互聯(lián),提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。為實現(xiàn)空間機械臂的靈活性和任務多樣性,設計了冗余的傳感器子系統(tǒng)。在不改變關節(jié)位置測量精度的前提下,通過數(shù)字霍爾將絕對式旋轉(zhuǎn)變壓器由單圈位置測量擴展到雙圈位置測量,提高了關節(jié)的有效運動范圍。為克服空間環(huán)境下長時間工作和溫差變化大導致的力矩傳感器零點漂移,設計了 DA補償電路,提出了兼顧故障檢測的力矩漂移補償策略。通過軟硬件相結合,實現(xiàn)了關節(jié)力矩傳感器... 

【文章頁數(shù)】：164 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 空間機械臂及關節(jié)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)外空間機械臂研究現(xiàn)狀
        1.2.2 空間機械臂關節(jié)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.3 六維加速度傳感器的研究現(xiàn)狀
    1.4 機械臂振動抑制研究現(xiàn)狀
        1.4.1 基于模型的振動抑制
        1.4.2 不基于模型的振動抑制
    1.5 論文的主要研究內(nèi)容
第2章 空間機械臂多感知關節(jié)系統(tǒng)設計
    2.1 引言
    2.2 空間機械臂關節(jié)結構設計
        2.2.1 空間機械臂關節(jié)機械結構概述
        2.2.2 空間機械臂電氣系統(tǒng)設計
    2.3 空間機械臂多感知關節(jié)傳感系統(tǒng)設計
        2.3.1 關節(jié)傳感系統(tǒng)構成
        2.3.2 關節(jié)位置傳感器設計
        2.3.3 關節(jié)力矩傳感器設計及漂移補償研究
        2.3.4 關節(jié)電機電流傳感器設計
    2.4 空間機械臂多感知關節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)設計
        2.4.1 SVPWM的數(shù)學基礎
        2.4.2 基于FPGA的SVPWM電流閉環(huán)IP核設計
        2.4.3 基于FPGA的SVPWM電流閉環(huán)實現(xiàn)
        2.4.4 基于FPGA的SVPWM電流閉環(huán)實驗驗證
    2.5 空間機械臂多感知關節(jié)控制器設計
        2.5.1 關節(jié)控制器硬件設計
        2.5.2 關節(jié)控制器軟件設計
    2.6 本章小結
第3章 六維加速度傳感器設計及誤差補償研究
    3.1 引言
    3.2 六維加速度傳感器設計
        3.2.1 加速度測量原理
        3.2.2 六維加速度傳感器空間幾何構型設計
        3.2.3 六維加速度解耦
        3.2.4 六維加速度傳感器低頻性能分析
        3.2.5 六維加速度傳感器可行性仿真驗證
    3.3 六維加速度傳感器構型評價和可靠性分析
        3.3.1 六維加速度傳感器構型評價
        3.3.2 六維加速度傳感器可靠性分析
    3.4 六維加速度傳感器誤差分析
        3.4.1 線加速度計輸出誤差分析
        3.4.2 線加速度計安裝誤差分析
        3.4.3 六維加速度傳感器測量誤差分析
    3.5 六維加速度傳感器標定和誤差補償
        3.5.1 六維加速度傳感器樣機
        3.5.2 六維加速度傳感器標定
        3.5.3 六維加速度傳感器誤差補償方法
        3.5.4 六維加速度傳感器誤差補償驗證
    3.6 本章小結
第4章 空間機械臂關節(jié)參數(shù)辨識與力矩特性研究
    4.1 引言
    4.2 空間機械臂關節(jié)建模及其非線性分析
        4.2.1 空間機械臂關節(jié)動力學建模
        4.2.2 空間機械臂關節(jié)的非線性分析
    4.3 空間機械臂關節(jié)變采樣周期速度計算
        4.3.1 變采樣周期測速原理
        4.3.2 變采樣周期測速驗證
    4.4 空間機械臂關節(jié)模型參數(shù)辨識
        4.4.1 基于RTX的關節(jié)參數(shù)辨識平臺
        4.4.2 關節(jié)力矩系數(shù)和摩擦力辨識
        4.4.3 關節(jié)剛度和阻尼辨識
    4.5 空間機械臂關節(jié)力矩特性研究
        4.5.1 空間機械臂關節(jié)輸出力矩階躍響應
        4.5.2 空間機械臂關節(jié)輸出力矩頻率響應
        4.5.3 空間機械臂關節(jié)輸出力矩遲滯
    4.6 本章小結
第5章 基于加速度傳感器的關節(jié)振動抑制研究
    5.1 引言
    5.2 加速度反饋控制分析
        5.2.1 機械臂加速度級逆運動學分析
        5.2.2 理想剛性關節(jié)加速度反饋控制
        5.2.3 柔性關節(jié)加速度反饋分析
        5.2.4 柔性關節(jié)加速度反饋控制器的穩(wěn)定性證明
    5.3 基于加速度反饋的關節(jié)振動抑制分析
        5.3.1 加速度與其它反饋振動抑制對比分析
        5.3.2 加速度與其它反饋抗擾性對比分析
    5.4 基于加速度反饋的關節(jié)振動抑制驗證
        5.4.1 基于加速度反饋的關節(jié)振動抑制仿真
        5.4.2 基于加速度反饋的關節(jié)振動抑制實驗
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
附錄A 六維加速度傳感器構型矩陣推導
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3707436