挠性附件模拟器控制系统的设计与实现

发布时间：2017-07-29 03:16

  本文关键词：挠性附件模拟器控制系统的设计与实现

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【摘要】：随着世界航天技术的日益发展,世界上经济科技实力雄厚的国家都将太空看作一块资源必争之地。太空资源的争夺是一场没有硝烟的战争。航天器的发射次数和频率也随之变得更高。航天器的负责程度也随之变高,这对于航天器的控制提出了很高的要求。验证控制算法,进行仿真实验无疑变得越来越重要。本文探讨的是航天器地面物理仿真系统中一个重要的环节,研制一种可以模拟挠性附件的设备。本文首先在绪论部分讨论了挠性附件模拟器课题的来源和意义。并探讨了我国和世界各国在挠性卫星地面物理仿真方面的技术和理论进展,从而印证了研制该设备的必要性和重要性。在介绍了挠性附件模拟器的整体结构功能之后,通过对带有挠性附件模拟器的卫星气浮平台进行动力学建模,对比带有挠性附件的卫星航天动力学模型,在理论上验证两个系统模型的等价性。从而在理论上验证了挠性附件模拟器的可行性。然后,选取一个自由度的主动梁为研究对象,对带有摆动式音圈电机的主动梁模型进行系统建模。在分析了摆动式音圈电机的原理和特点之后对其进行了建模;在对主动梁进行了模态分析之后建立了主动梁的力矩控制模型。结合了音圈电机的模型和主动梁的模型组成了整个系统的模型。在得到了主动梁系统模型之后,讨论控制器的设计。本文中采用滑模变结构控制器,针对滑模变结构控制具有较强鲁棒性的特点,通过MATLAB仿真基于不同的趋近律的滑模控制器,验证验证系统对于干扰信号的抗干扰性。最后对挠性附件模拟器控制系统进行了硬件部分和软件部分的设计。硬件包括摆动式音圈电机、嵌入式工控机、圆光栅、信号采集卡、运动控制卡等。软件主要采用基于windows的嵌入式实时操作系统作为开发平台,提高了系统处理的实时性。最后对搭载的小型验证平台进行了实际工程测试,从工程上验证了该设备的可行性。
【关键词】：挠性附件模拟器 滑模控制 挠性附件 挠性航天器姿态动力学 摆动式音圈电机
【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
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题的来源及研究目的和意义8-9
• 1.2 挠性附件振动模拟国内外研究现状及分析9-14
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.2.3 研究现状总结13-14
• 1.3 课题主要研究内容14-18
• 1.3.1 课题项目总体概述14-16
• 1.3.2 本论文的主要内容16-18
• 第2章 挠性附件模拟器理论基础与等价性分析18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 挠性结构航天器建模理论基础18-21
• 2.2.1 挠性体的离散化方法18-20
• 2.2.2 挠性航天器动力学基本方法20-21
• 2.3 带挠性附件的航天器动力学模型21-29
• 2.3.1 挠性附件运动学描述21-22
• 2.3.2 刚性附件运动学描述22-23
• 2.3.3 带挠性附件的航天器平动动力学描述23-24
• 2.3.4 带挠性附件的航天器姿态动力学描述24-25
• 2.3.5 挠性附件振动动力学方程25-27
• 2.3.6 挠性附件航天器动力学模型化简27-29
• 2.4 带挠性附件模拟器的气浮台动力学模型29-30
• 2.5 挠性附件模拟器等价性分析30-31
• 2.5.1 等价性分析概述30-31
• 2.5.2 等价性分析的推导验证31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 挠性附件模拟器控制系统模型建立32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 摆动式音圈电机原理32-33
• 3.3 摆动式音圈电机数学模型33-35
• 3.4 主动梁的模型35-38
• 3.5 挠性附件模拟器系统数学模型38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 挠性附件模拟器控制方法设计41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 传统PID控制41-44
• 4.3 滑模变结构控制44-55
• 4.3.1 滑模变结构原理44-46
• 4.3.2 滑模控制器的设计方法46-48
• 4.3.3 挠性附件模拟器控制系统滑模变结构控制器设计48-54
• 4.3.4 滑模变结构控制的抖振问题54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 挠性附件模拟器系统的设计与实现56-73
• 5.1 引言56
• 5.2 挠性附件模拟器硬件系统的设计与实现56-61
• 5.2.1 硬件系统结构57
• 5.2.2 角度位置传感器57-58
• 5.2.3 音圈电机及驱动器58-60
• 5.2.4 运动控制卡和数据采集卡60
• 5.2.5 控制计算机60-61
• 5.3 挠性附件模拟器软件系统的设计与实现61-64
• 5.3.1 开发系统结构61-62
• 5.3.2 系统总体设计62-64
• 5.4 挠性附件模拟器验证实验64-72
• 5.4.1 挠性附件模拟器性能指标要求64
• 5.4.2 挠性附件模拟器小型验证设备64-68
• 5.4.3 挠性附件模拟器信号跟踪初步实验68-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李季苏,曾海波,李铁寿;多体卫星复合控制物理仿真试验系统[J];航天控制;2003年02期

2 刘晓川;樊子明;;Windows 2000(XP)+RTX的实时性分析与测试[J];舰船电子工程;2007年06期

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李金龙;带太阳帆板卫星姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

2 周稼康;挠性卫星动力学建模与姿态控制研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

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本文编号：587259