面向支撑式重力补偿的平面随动技术研究

发布时间：2020-03-28 10:55

【摘要】：宇航员的地面低重力实验对于载人航天任务是必不可少的环节。为了解决在多宇航员协同训练中悬吊式低重力系统的局限性所带来的问题,提出了支撑式重力补偿的方案。而实现支撑式重力补偿的关键是对支撑式平面位置随动系统进行低干扰力的设计。首先,本文对支撑式平面随动系统的需求与原理进行了分析,提出了一种基于平面自由二连杆的支撑式平面位置随动系统方案,并进行了设计及研制。基于Simulink Real-time模块对控制系统的电气系统与程序进行了设计,搭建了支撑式平面随动平台,用于验证方案与随动控制策略的可行性。其次,基于拉格朗日方法建立了平面随动系统的动力学模型。基于对目标的运动的拆解,对整体动力学模型进行了等效的拆分,减小了后续分析的难度。通过数值计算的方法,对影响干扰力的因素进行了分析,得到了杆长、目标运动方向与连杆构型对干扰力影响的趋势。确定了杆长相等,初始夹角为90°的初始构型具有最小的干扰力。并得到了目标运动方向与初始构型方向成0°~45°时有较小干扰力的结论。然后,基于运动学与动力学模型,对平面位置随动系统的闭环控制进行了设计。提出了两种随动策略并进行了分析计算,设计了以电机速度环为内环的带有速度前馈的随动控制器。通过Adams与Matlab联合仿真完成了对两种随动策略的验证,从干扰力的角度对两种随动策略进行了对比分析。最后,在实验平台上完成了平面位置随动的功能验证实验。验证了两种随动策略的实际可行性。根据实验中目标的静止问题,设计了控制死区,并进一步对PID控制器进行了设计改进。通过两种不同运动激励实验,验证了两种随动策略均能在对加速运动和匀速运动下完成平面位置随动。对于较平稳的运动,双自由度随动策略控制有着较好的随动性能,所受的干扰力较小。
【图文】：

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文通常,在地面进行低重力模拟有以下几种在地面上制造能够按照重力加速度的大重环境[9]。利用这种原理的主要为落塔于航天器的失重实验，而抛物线飞行法主能模拟出最为接近真实的失重环境，缺点境且成本较高，且空间受到严重限制，无显。世界上著名的落井和落塔主要有美国井、德国的布莱梅落塔。近年来，我国国进落塔设施，，用于开展微重力实验的各项用抛物线飞行法进行低重力环境模拟的机

路线图,抛物线飞行,路线图,微重力实验

局限性明显。世界上著名的落井和落塔主要有美国 Lewis 研究的北海道落井、德国的布莱梅落塔。近年来，我国国家微重力实具有国际先进落塔设施，用于开展微重力实验的各项研究[12,13] 1-7 为飞机用抛物线飞行法进行低重力环境模拟的机动路线图[图 1-6 中国科学院落塔与落舱[12]
【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】：2018
【分类号】：V416.5

【参考文献】