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航天器模拟试验系统设计与研究

作　者: 张勇
导　师: 王岩
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 气浮台挠性结构半物理仿真误差补偿
分类号: V416.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 77次
引　用: 1次
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内容摘要

航天器模拟试验系统的平台为单轴气浮台,通过对该模拟试验系统进行试验,可以展开航天器太阳帆板挠性结构运动模拟及相互耦合影响的研究。本文以实际项目为基础,一方面对航天器模拟试验系统进行了设计,另一方面,以航天器模拟试验系统为平台进行了半物理仿真试验研究。本航天器模拟试验系统主要包括气浮平台、有效载荷、大型天线运动模拟器以及测角、测力系统。在气浮平台设计中利用三个力传感器测量气浮平台反作用力方法,经过折算得到所需力和力矩信息。详细设计了大型天线运动模拟器和有效载荷的结构与控制系统。对测力系统各部分硬件进行设计,主要包括数据采集环节和滤波环节。对测角系统进行了简要介绍。设计控制系统软件,实现上位机、下位机和试验平台的相互通讯。并设计了用户操作界面。依据模拟试验系统的性能指标对测角系统的测角误差进行测试。利用傅立叶分析理论对测角系统的误差进行谐波分析,补偿一、二、三次谐波误差,得到补偿公式,通过软件方式实现误差补偿,最后使得测量结果满足技术指标要求。以带有挠性太阳帆板的航天器为对象,采用基于角动量原理的欧拉法建立姿态动力学模型,包括航天器系统转动动力学方程、附件弹性振动动力学方程。然后,对动力学方程中挠性位移模型进行简化,对挠性附件进行模态分析,将挠性航天器动力学方程规范化,形成由欧拉参数坐标和挠性模态坐标混合表示的动力学方程。利用研制成功的航天器模拟试验系统进行半物理仿真试验,航天器刚体动力学为数值仿真部分。挠性太阳帆板为物理仿真部分,用来产生扰动力矩。采用古典控制方法进行了航天器角度机动试验,并设计了谐振带通滤波器,用以削弱振动影响,同时对滤波前后的仿真结果进行了比较。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题研究的背景和意义  8-9
  1.2 国内外气浮台研究历史与现状  9-11
  1.3 半物理仿真技术的意义  11-13
  1.4 课题来源及主要研究内容  13-15
第2章航天器模拟试验系统设计  15-38
  2.1 航天器模拟试验系统总体方案设计  15-16
  2.2 气浮平台设计  16-17
    2.2.1 气浮平台结构  16
    2.2.2 测角元件选择  16-17
  2.3 有效载荷的设计  17-19
    2.3.1 有效载荷结构  17-18
    2.3.2 有效载荷模拟器控制系统组成  18-19
  2.4 天线运动模拟器设计  19-21
    2.4.1 天线运动模拟器结构  19-20
    2.4.2 天线运动模拟器控制系统组成  20-21
  2.5 测力系统设计  21-33
    2.5.1 测力元件选择与干扰力折算  21-22
    2.5.2 力传感器的非线性误差补偿  22-24
    2.5.3 数据采集卡设计  24-28
    2.5.4 模拟低通滤波器设计  28-32
    2.5.5 力传感器放大器控制卡设计  32-33
  2.6 软件设计  33-37
    2.6.1 软件功能分析  35-36
    2.6.2 试验系统操作界面  36-37
  2.7 本章小结  37-38
第3章测角系统误差的检测与补偿  38-44
  3.1 测角系统误差检测  38-40
  3.2 测角误差谐波分析  40-43
    3.2.1 长周期的一次谐波测角误差  41
    3.2.2 长周期的二次谐波测角误差  41-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章挠性航天器建模与半物理仿真  44-61
  4.1 挠性航天器建模  44-51
    4.1.1 系统动力学方程  44-48
    4.1.2 挠性位移简化模型  48-50
    4.1.3 混合坐标动力学方程  50-51
  4.2 试验系统半物理仿真原理  51-52
  4.3 挠性太阳帆板半物理仿真  52-60
    4.3.1 古典控制方法仿真  52-57
    4.3.2 带有滤波器的控制系统半物理仿真  57-60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

航天器模拟试验系统设计与研究

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