恒张力装置跟踪性能研究

发布时间：2017-09-15 15:43

  本文关键词：恒张力装置跟踪性能研究

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【摘要】：地面空间零重力环境模拟随着航空技术的发展日益重要,航天器在地面空间模拟的零重力环境中进行测试,能最大限度的降低航天科研成本,提高航天设备的综合性能,保证航天设备升空后性能指标满足要求,保障航天器在太空的正常飞行。恒张力装置应用于地面空间零重力环境模拟,装置通过无摩擦气缸-活塞输出恒定张力平衡工件重力,通过跟踪机构延长无摩擦气缸-活塞输出力作用行程。论文主要研究重点为恒张力装置中跟踪系统在大行程、可变速度和加速度的情况下的跟踪性能。为解决无摩擦气缸-活塞行程短的问题,采用通过伺服电机跟踪控制虚拟延长无摩擦气缸-活塞行程的方法,缸体跟踪活塞运动,达到在大行程范围内输出恒张力的效果。为降低因气压波动及跟踪部件质量惯性的影响,使用电磁机构产生电磁力补偿气压力,驱使控制恒张力稳定输出。论文的主要内容和研究成果如下:1.总结了地面空间零重力环境模拟方法和国内外研究现状以及恒张力控制方法和应用领域。2.阐述了单套恒张力装置组成与工作原理,做出了恒张力装置中通过伺服电机跟踪的方式虚拟延长张力作用行程的方案。详细分析了电磁力补偿设计原因和和技术指标。3.阐明了跟踪控制的原因及控制原理,分析跟踪控制算法,对跟踪系统进行了动力学分析与仿真,通过实际机构具体参数为计算依据,考虑匹配电机惯量、负载转矩、跟踪速度、功率等因素选择合适的伺服电机型号。4.给出了控制系统的设计方案,控制板卡根据其模块功能分层设计。详细描述了每一层控制板卡的功能,制作出PCB电路板卡,设计出控制器硬件电路和软件实现,并阐述了控制系统自定义的CAN总线和SPI总线通讯协议格式。5.讨论了恒张力装置具体的跟踪性能测试实验方案,进行装置测试实验,分析实验测试结果,实验表明本次设计的恒张力装置电机跟踪控制系统是可靠的,可做到平稳跟踪。实验达到设计指标,充分验证了设计的合理性。
【关键词】：恒张力 跟踪控制 电磁力 电机选型 CAN总线
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 选题背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 零重力环境模拟现状11-16
• 1.2.2 恒张力控制研究现状及发展前景16-19
• 1.3 课题研究目标及内容19-20
• 1.4 本章小结20-21
• 第2章 恒张力装置系统构成及原理21-31
• 2.1 恒张力装置总设计21-22
• 2.2 恒张力装置工作原理22-23
• 2.3 电磁系统设计23-26
• 2.3.1 电磁力补偿分析23-25
• 2.3.2 电磁力装置设计25-26
• 2.4 系统传感器参数26-29
• 2.4.1 激光位移传感器26-27
• 2.4.2 力传感器27-28
• 2.4.3 霍尔传感器28-29
• 2.5 被测工件运动模拟装置29-30
• 2.6 恒张力装置控制与调试难点30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 伺服跟踪系统31-45
• 3.1 跟踪控制原因31-32
• 3.2 跟踪控制原理32-34
• 3.3 跟踪控制算法34-36
• 3.4 跟踪机构模型36-40
• 3.5 交流伺服电机选型40-44
• 3.5.1 惯性匹配40-41
• 3.5.2 电机转速计算41
• 3.5.3 负载转矩计算41-42
• 3.5.4 功率计算42-43
• 3.5.5 电机参数选择讨论43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 恒张力装置控制系统硬件和软件设计45-73
• 4.1 控制系统总体设计概述45-46
• 4.2 母板卡硬件电路设计46-50
• 4.2.1 母板卡功能分析46-47
• 4.2.2 Ethernet接.电路设计47-50
• 4.3 控制板卡硬件电路设计50-54
• 4.3.1 现场CAN总线电路设计51-53
• 4.3.2 激光位移传感器数据采集电路设计53-54
• 4.4 电机板卡硬件电路设计54-60
• 4.4.1 电机板卡电源模块55-57
• 4.4.2 电机驱动电路接57-60
• 4.5 电磁力板卡硬件电路设计60-63
• 4.6 力传感器采样板卡硬件电路设计63-65
• 4.7 控制系统软件设计65-72
• 4.7.1 母板卡程序设计65-67
• 4.7.2 控制板卡程序设计67-69
• 4.7.3 功能板卡程序设计69-72
• 4.8 本章小结72-73
• 第5章 恒张力装置测试实验73-87
• 5.1 恒张力装置跟踪平台73-74
• 5.2 恒张力装置实验设计74-75
• 5.3 测试辅助实验75-79
• 5.3.1 控制盒整装调试75-76
• 5.3.2 激光位移传感器校准实验76-77
• 5.3.3 电磁力标定实验77-78
• 5.3.4 上位机界面控制操作实验78-79
• 5.4 模拟运动测试实验79-81
• 5.5 激光位移传感器数据采集测试实验81-82
• 5.6 跟踪性能测试实验82-86
• 5.7 本章小结86-87
• 第6章 总结与展望87-89
• 6.1 研究总结87-88
• 6.2 研究展望88-89
• 参考文献89-92
• 致谢92-93
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 钱家骊;电磁铁吸力公式的讨论[J];电工技术杂志;2001年01期

2 陈三风;梅涛;张涛;汪小华;;空间微重力环境地面模拟系统的控制器设计[J];机器人;2008年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 曲凤丽;汽车网络研究及CAN总线网络拓扑的优化[D];浙江大学;2008年

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本文编号：857422