文档介绍：国防科学技术大学
硕士学位论文
空间飞行器姿态控制仿真试验平台系统研究与设计
姓名:鲁兴举
申请学位级别:硕士
专业:控制科学与工程
指导教师:郑志强
20051101
摘要随着航天技术的发展,新一代航天器将爨奄空前的自主能力和指良精度。然两,空间飞行器的发射是一项离投入、高风险豹任务。一个降低风险的途径就是在上天前对系统软硬件遴行充分的撼面验证试验。由于魂球引力和摩擦的影晌,要想在地球上的实验室实际复现靛天器动力学无疑是非常困难的。两气浮支承方式翔为试验提供了一个极低力矩的条传,从丙为复现太空自出环境提供了可能。气浮台系统通过配嚣涠粲谄动或转动的自由度,采用球形气浮轴承刚可以提供三轴的转动囊由度,是研究空间飞行器姿态动力学与控制问题的理想警台。本文对薪垄豹三轴气浮转台送行了设计与羟嚣《研究,黧点研究了系统的姿态确定及动力学与控制闼题。基于剐体运动学,本文给出了幽惯性测量单元的输出所确定的气浮台姿态解算方程,并提出了稠用阮鳔仪的动态输出与加速度计豹静态输出进行组合的姿态确定方法。在绘出三轴气浮台姿态动力学方程的基础上,进行了控制系统建模、分析和仿真,并初步进行了单通道试验。关键词:空阑飞行器模拟器三轴气浮台姿态动力学与控镧国防科学技术大学研究生院学位论文
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学位论文作者签名:越甚期:洒年月扣日作者指导教师签名:—鎏龟乏裔叁学位论文作者签名:硭芸独创性声明学位论文版权使用授权书日期:肋∥年,拢H靖期:加万年厂,月日窒闷棠瞬檎弩窒宕镒观押写婪煨房嫡士窒闺的瞬檎迮韫谘槭ベ萸┓彀嗳士本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究王作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他入已经发表和撰写过的研究成果,也不包含为获得匿防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一阍工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说躜并表示谢意。学位论文题目:本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国防科学技术大学可以保馨并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文挡,允许论文被查阅和借阗;可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。C苎宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤
第一章绪论§课题研究背景与意义随着航天技术的发展,气象卫星、太空望远镜、天基激光器等空间飞行器虺坪天器宰颂榷ㄖ赶蚧蚋倩刂颇芰σG笤嚼丛礁撸低彻δ芤苍郊痈丛樱诵寿命要求更长。未来的空间飞行器将更多地采用冗余控制技术和先进控制方法实现姿态控制系统的准确跟踪、稳定和扰动抑制,从而为复杂空间任务提供可靠的飞行平台。太空运行的飞行器是一种高投入、高效益、高风险的产品,为了降低研制风险,需要通过各种类型的大量地面仿真试验对系统方案进行验证。控制系统仿真根据所介入的模型的不同分为三种类型,分别是数学仿真、半物理仿真和全物理仿真。在全物理仿真中,参与到仿真回路的航天器控制系统实物不仅包括航天器姿态测量系统,还包括姿态控制执行机构,这就要求仿真设备必须能够在地面同时复现空间衅鞯氖导试硕Ш动力学特性,从而以更加逼真的方式对控制系统进行仿真试验。由于航天器所处的地球外部太空耶境具有真空虼笃浅O”、零重力蛭⒅重力、无力矩约束的动力学环境无疑是非常困难的】。虽然采用落塔装置或飞机的抛物特殊的性质,不可能用来做航天器控制系统试验嘲。气浮转台韵录虺破√能够较好地解决这一难题,它依靠压缩空气在气浮轴摩擦的相对运动条件,这样就可以模拟太空环境中扰动力矩很小~量级的动力学特性。气浮台作为姿态运动模拟器,主要用于空间飞行器控制系统的全物理仿真试验。利用全物理仿真,不仅可以对三轴稳定空间飞行器的控制律进行验证,在地面上更真实地模拟空间的动力学、动量交换及动量耦合现象,还能够对挠性附件如太阳帆板的弹性振动、燃料箱的液体晃荡、对象模型不清等问题进行仿真,从而及早发现设计阶段实际系作为空间飞行器全物理仿真系统的核心设备,气浮台一直伴随着航天技术的进步而切需要,对气浮台的研究工作越发具有重要意义。力忍氐悖孛娣抡媸匝樯韪鞔τ趌囊铀俣茸饔孟拢T诘孛婺D獬鎏ǹ樟线运动能够获得微重力的试验环境,但由于其时问过短黾甘及设备和手段过于承与轴承座之间的间隙中形成的气膜,使气浮台悬浮起