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月球软着陆运动模拟系统的误差测试与综合

作　者: 陈海兵
导　师: 任顺清
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 软着陆系统六自由度运动模拟系统位姿误差齐次变换垂直度
分类号: V416.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

月球软着陆运动模拟系统中的六自由度运动模拟系统主要用于模拟着陆器在月球表面的飞行和着陆过程。六自由度运动模拟系统的位姿误差直接影响软着陆器的着陆精度。本文围绕相关位姿误差模型的建立、位姿误差的测试、传递和误差补偿后的精度分许等进行综合研究,为提高软着陆系统的精度打下基础。本论文首先根据拓扑结构和误差传递等知识,建立了六自由度运动模拟系统的误差模型。这个误差模型包含了可能存在的所有的52项误差。首先,通过详细描述相邻体之间的位姿误差建立了相邻体之间的齐次变换阵;然后,运用误差传递的知识,建立了末端坐标系相对于参考坐标系的齐次变换阵,为误差的传递综合打下了基础。针对三维导轨的垂直度误差的精密测试,首先测量了X、Y导轨对水平面的平行度,Z导轨对水平面的二维铅垂度;然后,通过解算获得X-Y、Y-Z的垂直度误差;最后,将经纬仪安装在动基座上,测量出X-Y垂直度误差。并还对测量的结果进行了精度分析。针对三轴转台相对于三维导轨的初始对准误差问题,首先测量出外环轴线相对于水平面的垂直度误差;然后,测量出内环轴线同X导轨的平行度误差;最后,通过误差传递获得中环轴线同Y导轨的平行度误差。并对测量的结果进行了精度分析。针对误差分配问题,首先按照等作用原则进行误差分配,但这种分配方法存在弊端;然后,按照消费最低的原则进行误差分配。这种分配原则符合实际情况。文中还分别给出了分配结果。最后,通过测量获得了设备在误差补偿后的精度,并将这个误差同误差补偿前的误差进行对比。最终获得了设备在误差补偿后可达到的误差等级,这对于今后的误差补偿有重要的指导作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题来源和背景  9-10
  1.2 课题的意义  10-11
  1.3 国内外研究现状及分析  11-14
    1.3.1 国外着陆器的研究现状及分析  11
    1.3.2 六自由度运动模拟系统的研究现状及分析  11-12
    1.3.3 多自由度误差建模方法的研究现状及分析  12-13
    1.3.4 多自由度系统误差检测方法的研究现状及分析  13-14
  1.4 论文研究内容及章节安排  14-15
第2章齐次变换矩阵在误差传递中的应用  15-36
  2.1 引言  15
  2.2 齐次变换矩阵的几何意义  15-17
  2.3 相邻体间的误差项及坐标系的建立  17-32
    2.3.1 基准坐标系o_0-x_0y_0z_0的建立  18-19
    2.3.2 X滑块坐标系 o_1 - x_1 y_1z_1的建立  19-20
    2.3.3 Y滑块坐标系 o_2 - x_2 y_2z_2的建立  20-23
    2.3.4 Z滑块坐标系 o_3 - x_3 y_3z_3的建立  23-25
    2.3.5 转台外环轴坐标系o_4-x_4y_4z_4的建立  25-27
    2.3.6 中环轴坐标系o_5-x_5y_5z_5的建立  27-29
    2.3.7 内环轴坐标系o_6-x_6y_6z_5的建立  29-31
    2.3.8 载体坐标系o_7-x_7y_7z_7的建立  31-32
  2.4 位姿误差及其传递  32-35
    2.4.1 位姿误差表  32-33
    2.4.2 误差传递关系  33-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章三轴导轨垂直度误差测量方法研究  36-48
  3.1 引言  36
  3.2 垂直度误差测量方法的研究  36-42
    3.2.1 水平导轨水平度的测量  36-38
    3.2.2 两水平导轨垂直度误差的测量  38-40
    3.2.3 竖直导轨对水平面垂直度误差的测量  40-42
    3.2.4 三轴导轨间垂直度误差的综合  42
  3.3 导轨垂直度误差的精度分析  42-46
    3.3.1 精度分析简介  42-43
    3.3.2 Z-X导轨垂直度误差的精度分析  43-45
    3.3.3 Z-Y导轨垂直度误差的精度分析  45-46
    3.3.4 X-Y导轨垂直度误差的精度分析  46
  3.4 用激光跟踪仪测试的缺点  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章三轴转台初始对准误差的检测方法研究  48-62
  4.1 引言  48
  4.2 外环轴线同Z导轨间平行度误差测试  48-55
    4.2.1 水平仪测量竖直轴线对水平面垂直度误差的原理  49-54
    4.2.2 辨识参数的精度分析  54-55
  4.3 内环轴线与X导轨二维平行度测试  55-59
    4.3.1 三轴转台内环轴的二维平行度测试  55-59
    4.3.2 三轴转台内环轴平行度误差的精度分析  59
  4.4 三轴转台中环轴线零位误差的解算  59-60
  4.5 本章小结  60-62
第5章误差分配及补偿后的精度分析  62-75
  5.1 引言  62
  5.2 按等作用原则分配及其计算结果  62-67
  5.3 每一项的公差—成本模型  67-70
  5.4 按公差—成本模型的分配结果  70-72
  5.5 误差补偿后的精度分析  72-74
  5.6 本章小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  79-81
致谢  81

月球软着陆运动模拟系统的误差测试与综合

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