悬吊式重力补偿系统精度影响分析与实验

发布时间：2020-06-06 20:34

【摘要】：随着人类科技的飞速发展,当前航天技术更加侧重研究各类星球登陆器,以实现对其他星球的探索。由于外太空中存有以低重力为主的复杂危险环境,使得在地面上建造一套能够模拟太空重力环境的装置成为了当务之急。在当今的中国,有关月球车这类低运动速度的重力模拟装置,其研究已经较为成熟;而有关像舱段分离这种高速度的重力模拟装置,相关的研究很少。随着嫦娥五号发射日期的临近,对纵向分离的舱段进行重力补偿研究便显得极为重要。为此,本文以搭建的主动悬吊式重力补偿实验台为研究对象,分析影响模拟精度的因素,采取新的控制算法,来提高系统的重力模拟精度。通过实验研究进行验证。为分析影响重力补偿系统模拟精度的因素,建立了重力补偿系统的数学模型。通过仿真分析,确定了影响精度的因素有:外部扰动、圈间过渡、系统共振、转矩系数和时间滞后等。其中外部扰动是由于主动分离系统的振动而产生;圈间过渡是由于卷筒上钢丝绳的加速度突变而产生;系统共振是由于外部激振力作用于恒拉力系统而产生。带入相关参数,由Matlab分析出各个因素的影响大小,提出了相应的改进措施,为后续的实验提供了理论基础。对于转矩系数变化与时间滞后这两个因素,通过设计新的控制算法来改进。通过参数整定与设置过渡过程,减小了阶跃输入带来的震荡;通过改进原有的Smith预估器降低了系统滞后的影响;为提高系统的鲁棒性采用了变论域模糊控制,针对原有变论域模糊控制中伸缩因子函数的缺点,设计了新的伸缩因子表达式,推理了系统的模糊规则。仿真表明采用该控制器后系统具有良好的快速性,面对外界干扰具有良好的鲁棒性,能够降低参数扰动和时间滞后的不利影响。为验证前述改进措施的有效性,进行了实验研究。通过平行对照的方法分析了外界扰动、圈间过渡、系统刚度等因素对重力补偿精度的影响;通过设计的新控制算法,对比了原有控制器与改进后的模糊控制器的性能,表明了重力补偿系统采用变论域模糊控制后具有良好的快速性与稳定性。综上所述,本文针对重力补偿系统精度所提出的理论与改进措施有效提高了系统的精度。
【图文】：

曲线,嫦娥,结构示意图,外力

图 1-1 嫦娥五号结构示意图状地面重力模拟技术展现出了极高的，且发展迅速，研发出了诸多不同合国力得到了长足的发展后，才开然发展的时间很短暂，但是充分发赶进，各大高校和航天院所都有人理有很多种，各有优势和不足之处地球表面创造出真实的外太空低重法和飞机曲线飞行法。第二块是用拟太空的效果，例如有外力为水浮；外力为绳上拉力的悬吊法等。

模拟失重,水槽

图 1-2 模拟失重训练水槽浮法法的原理是通过气足或气浮轴承喷出高压气体来对实验台冲击作用，让气体的浮力等于需补偿的重力[16]。气浮法的天技术的进步而发展[17]。一般而言，气浮平台能够在除了 5 个自由度上运动或转动，在水平方向上的摩擦力很小，补偿重力，但是在竖直方向上是无法位移的，极大的限制日本、美国等国家在该方法上推进的较早，获得了很好的示，，为于 2008 年美国维多里亚大学研制的基于气浮法的 J系统[18-20]。哈尔滨工业大学也多次建立了水平方向气浮平模拟的要求。
【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】：V416.8

【参考文献】