五自由度气浮平台动态模拟加载方法研究

发布时间：2017-12-23 19:24

  本文关键词：五自由度气浮平台动态模拟加载方法研究　出处：《沈阳理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：为了减少空间扰动引起的小卫星振动及位姿改变,确保其空间任务控制算法的正确性,必须在地面对其进行加载模拟仿真试验。目前国内外小卫星的地面模拟仿真主要采用了气浮台半物理仿真方法,没有对加装柔性附件的卫星进行整体仿真模拟,特别是安装柔性附件的气浮平台的动态模拟加载方法还未有公开文献报道。本文针对卫星地面模拟仿真存在的局限性,首次提出一种五自由度气浮平台动态模拟加载方法,用来深入研究和验证小卫星在空间扰动作用下轨道及姿态的控制算法的正确性。该方法采用气浮和吊挂相结合的方式对安装了柔性附件的五自由度气浮平台进行重力补偿,同时对柔性太阳翼进行非接触跟随加载以模拟其在太空中所受的扰动。本文提出的加载方法首次实现了小卫星和其柔性附件作为一个整体在地面进行空间扰动实验,对抑制柔性太阳翼的振动和增强其位姿稳定性具有重要意义。首先,对五自由度气浮平台动态模拟加载系统进行了概述,文中介绍了进行动态模拟加载仿真所需的各部分组件、地面控制台及气浮平台位姿识别方法。建立描述气浮平台运动的坐标系,根据欧拉角法推导的变换矩阵和气浮平台的坐标几何方程建立了五自由度气浮平台的运动学方程;基于理论力学和模态方程推导了理想状态下气浮平台的动力学方程,对动态模拟加载方案的提出做了一定的理论铺垫,对方案的确定具有重要的指导意义。其次,提出五自由度气浮平台动态模拟加载方法的方案,对位置跟随系统、恒力吊挂机构、加载机械手、冷喷系统进行了详细的设计和分析,提出粗跟随和精跟随的大范围跟随机构,创新设计了适应太阳翼大范围俯仰运动的恒力吊挂机构,选用三关节平面加载机械手,对加载过程中机械手的轨迹进行了规划和解算,对喷嘴喷力进行了Fluent仿真分析,确定了喷嘴的设计尺寸。再次,对加载方法的各部分的误差进行了建模和分析,并给出提高精度的相应措施。建立了当目视觉和捷联惯导位姿识别的误差模型,分析了减少误差的方法;建立了位姿跟随系统的四级空间倒立摆模型并对位置跟随误差进行了定性分析;对影响恒力吊挂机构吊挂力和引入的水平干扰力的各个因素的误差进行了定量计算和分析;对加载机械手的加载误差进行了分析。最后,结合Ansys和Adams软件建立五自由度气浮平台的刚柔混合模型,并对加载方法进行了仿真分析,验证了加载方法的可行性。
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.2

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本文编号：1325174