三维挠性附件模拟器控制系统的设计与实现

发布时间：2018-05-28 10:44

  本文选题：航天器 + 挠性附件　； 参考：《哈尔滨工业大学》2016年硕士论文

【摘要】：研究航天器上挠性结构附件振动对航天器本体的影响,进行航天器控制系统的地面物理仿真是一个非常有效途径。为了在地面仿真实验中对航天器的挠性结构附件特性进行有效的分析、设计和试验验证,需要设计功能完善、性能稳定的挠性附件振动模拟器,以保障控制系统地面仿真实验的顺利实施。本课题针对挠性附件对航天器本体的影响问题进行了研究,设计并实现了一种主动式三维挠性附件模拟器,用以模拟航天器上的挠性结构附件因形变而产生的振动并作用于航天器本体的干扰力矩,用于带有挠性附件的航天器全物理地面仿真实验。本文首先对航天器上挠性结构附件及其发展进行论述,引出研究和分析挠性附件因形变产生的振动的重要性;通过介绍国内外对航天器挠性结构附件及其仿真和模拟的研究情况,说明了研究和设计三维挠性附件模拟器的必要性。其次,本文分别建立了带挠性附件的航天器系统的动力学模型和带挠性附件模拟器的气浮台动力学模型,通过两者模型的对比分析,得出可以通过设计一种主动式的力矩振动模拟器实现对航天器上挠性附件由于形变产生的振动力矩的模拟,从而从理论上论证了挠性附件模拟器方案的可行性。然后,本文又推导了带驱动器的主动式挠性附件模拟器的数学模型,基于被控对象数学模型进行了PID、模糊控制以及滑模控制算法的研究,并通过数学仿真分析,验证了基于指数趋近律的滑模控制更适合本模拟器系统的控制算法。最后,本文从硬件和软件两个方面论述模拟器的设计和工程实现,并对模拟器实际系统进行了性能指标的测试,验证了本课题设计的主动式三维挠性附件模拟器的有效性和实用性。
[Abstract]:It is an effective way to study the effect of the vibration of the flexible structure accessories on the spacecraft body and the ground physical simulation of the spacecraft control system. In order to effectively analyze, design and verify the characteristics of flexible structural accessories of spacecraft in ground simulation experiments, it is necessary to design a flexible accessory vibration simulator with perfect function and stable performance. In order to ensure the smooth implementation of the control system ground simulation experiment. In this paper, the influence of flexible appendages on spacecraft body is studied, and an active 3D flexible attachment simulator is designed and implemented. It is used to simulate the vibration caused by deformation of the flexible structural accessories on the spacecraft and to act on the disturbance moment of the spacecraft body. It is used in the full-physical ground simulation experiment of the spacecraft with flexible appendages. In this paper, the research and development of flexible structural appendages on spacecraft are discussed, and the importance of studying and analyzing the vibration caused by deformation of flexible appendages is presented. The necessity of research and design of 3D flexible appendage simulator is explained by introducing the research situation of spacecraft flexible structure accessories and its simulation and simulation at home and abroad. Secondly, the dynamic model of spacecraft system with flexible appendages and the dynamic model of air floatation platform with flexible appendage simulator are established in this paper. It is concluded that the vibration torque caused by deformation of flexible accessories on spacecraft can be simulated by designing an active torque vibration simulator, and the feasibility of the scheme of flexible attachment simulator is proved theoretically. Then, the mathematical model of active flexible attachment simulator with driver is derived. Based on the mathematical model of controlled object, the algorithms of PID, fuzzy control and sliding mode control are studied and analyzed by mathematical simulation. It is proved that the sliding mode control based on exponential approach law is more suitable for the control algorithm of this simulator system. Finally, this paper discusses the design and engineering implementation of simulator from two aspects of hardware and software, and tests the performance index of the actual system of simulator. The validity and practicability of the active three-dimensional flexible attachment simulator designed in this paper are verified.
【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】：2016
【分类号】：V416.8

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本文编号：1946404