气浮台平动控制及不平衡力矩补偿系统设计

发布时间：2017-10-15 05:40

  本文关键词：气浮台平动控制及不平衡力矩补偿系统设计

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【摘要】：气浮台可作为一种在太空环境下模拟无摩擦情况下的运动设备,其可以在地面上为卫星及其他航天器提供一个近乎真实的运动环境,是地面全物理仿真实验中的一个不可或缺的组成部件。本课题中两个气浮台分别代表轨道器与上升器,通过设计及制造球碗-球面轴承,垂向运动机构,二级冷喷气推力器等系统,使得台体具备六自由度。本文首先确定采用欧拉角方式对姿态平台的运动状态进行描述,另外结合大地坐标系,轨道坐标系,本体坐标系,建立了气浮台体各子系统的数学模型(质心移动数学等式,位置平台与姿态平台各自的运动学及动力学模型,机电传动模型)。在Matlab/Simulink中编写配套程序,搭建相应模块,为后续实际物理系统装配与联调打好了基础。针对不平衡力矩补偿系统和冷喷气系统进行详细分析,采用不同备选控制方案构建相应的控制器,得到系统在各控制器下对应的仿真曲线,进而进行对比分析,选取最佳控制方案。除此之外,选用合适器件构建整体气浮台系统。工控机为控制器;双轴倾角传感器测量姿态平台运动状态;步进电机与直线模组为不平衡力矩补偿系统执行机构;无线传输模块将气浮台台上工控机与地面工控机相连接,进行台体位置及姿态信息等数据的交换。设计软件系统,编写控制程序进行地面全物理仿真测试实验。
【关键词】：气浮仿真实验台 不平衡力矩 冷喷气系统 控制器设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416.8;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的来源及研究意义8-9
• 1.1.1 课题的来源8
• 1.1.2 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-13
• 1.2.1 国外研究历史与现状9-11
• 1.2.2 国内研究历史与现状11-13
• 1.3 课题主要研究内容13-16
• 1.3.1 不平衡力矩补偿系统及其控制方案设计14
• 1.3.2 平动系统及其控制方案设计14-16
• 第2章 系统数学模型建立及分析16-36
• 2.1 姿态描述方案16
• 2.2 坐标系系统设定16-17
• 2.3 各坐标系间传递矩阵的推导17-20
• 2.4 不平衡力矩补偿系统可行性分析20-24
• 2.5 电机传动系统数学模型建立24-27
• 2.6 姿态平台数学模型建立27-32
• 2.7 姿态传感器数学模型建立32-35
• 2.7.1 动力学等式32-34
• 2.7.2 运动学等式34-35
• 2.8 平动系统数学模型建立35
• 2.9 本章小结35-36
• 第3章 不平衡力矩补偿系统控制器设计及测试36-60
• 3.1 单轴简化模型分析测试36-41
• 3.2 不平衡力矩补偿系统之模糊控制器设计41-47
• 3.3 模糊控制方案仿真测试47-50
• 3.4 不平衡力矩补偿系统之质心反解+PID控制器设计50-54
• 3.5 质心反解方案仿真测试54-58
• 3.6 两种不平衡力矩补偿方案对比分析58-59
• 3.7 本章小结59-60
• 第4章 平动系统控制器设计及测试60-72
• 4.1 平动系统之棒-棒控制器设计60-62
• 4.2 平动系统之PID+PWM控制器设计62-65
• 4.3 平动系统之PID+PWPF控制器设计65-70
• 4.4 多组平动系统控制方案对比分析70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第5章 系统搭建与全物理实验72-84
• 5.1 硬件系统设计72-73
• 5.1.1 不平衡力矩补偿系统硬件框图72
• 5.1.2 平动系统硬件框图72-73
• 5.2 硬件系统测试73-79
• 5.2.1 不平衡力矩执行机构73-75
• 5.2.2 姿态反馈机构75-78
• 5.2.3 平动机构78-79
• 5.3 软件系统设计79-81
• 5.4 全物理实验观测81-83
• 5.5 本章小结83-84
• 结论84-85
• 参考文献85-87
• 攻读硕士学位期间发表的专利87-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 白龙;戈新生;;基于李群离散变分积分子3D摆姿态动力学研究[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2013年03期

2 王轶卿,赵英凯;基于Bang-Bang控制的倒立摆系统摆起和镇定[J];机械与电子;2004年08期

3 李延斌,包钢,王祖温,吕彦东;三自由度气浮台自动平衡系统动力学建模[J];中国惯性技术学报;2005年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王捷冰;五自由度气浮仿真试验台位置和姿态控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 黄燕;规则自调整的自适应模糊控制研究[D];汕头大学;2003年

3 郭清晨;常值推力姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

4 吴国瑞;基于专家PID控制的三相电压型PWM整流器的研究与设计[D];华南理工大学;2013年

5 毕凯;基于高速采集卡及LabVIEW在电力线通信中对实时信道和噪声仿真系统的研究[D];西安电子科技大学;2014年

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本文编号：1035434