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《哈尔滨工业大学》 2007年
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空间对接动力学半物理仿真系统设计及试验研究

常同立  
【摘要】: 开展空间对接动力学半物理仿真技术研究的意义重大。首先,飞行器空间交会对接技术具有特别重要的意义。在过去和现在的人类的空间活动中,飞行器空间交会对接技术都发挥了重大作用,并将继续在人类的空间活动中将发挥更大的作用。然而空间对接过程是复杂的动力学过程;对接机构是一种复杂的自动装置。对接机构的研制过程和空间对接过程的研究都需要依靠半物理仿真技术,在地面上完成空间对接过程的试验和仿真、空间对接系统及其子系统的检验和验收。采用半物理仿真技术可将空间对接技术变成的一项成熟技术。 空间对接半物理仿真系统是复杂的多输入多输出系统,又是混合系统。物理模型的强耦合和强非线性使得半物理仿真系统的分析与综合都变得十分困难。从可以查阅的文献看,有关空间对接半物理仿真的基本理论还不是十分完善,因此展开空间对接半物理仿真系统设计问题研究和试验验证,无论是在理论方面还是工程应用方面都是非常有意义的。 本文在查阅了大量国内外相关文献的基础上,综述了空间对接动力学半物理仿真技术发展现状,指出该项技术研究面临的问题。归纳出空间对接半物理仿真技术的发展趋势。通过综述空间对接动力学半物理仿真技术的支撑理论与技术,为课题研究奠定了基础。 本文论述了空间对接动力学半物理仿真系统设计的基本想法(Idea)。分析了空间对接动力学半物理仿真系统研究任务,指出采用半物理仿真方式的必要性。通过分析被仿真对象系统,一方面指出其复杂性,复杂的被仿真对象使半物理仿真系统设计变得十分困难;另一方面也指出被仿真动态过程的频率是有限的,这是建构半物理仿真系统的条件。推导了空间对接飞行器体动力学模型,并最终将其用于构建半物理仿真系统。通过对半物理仿真系统与被仿真对象系统进行相似性分析,阐述半物理仿真系统设计问题。并指出该系统设计问题的实质,即人为构建一个动态系统,并使之动态特性与空间飞行器对接动力学过程相似。 阐述了半物理仿真系统建构想法,探讨了半物理仿真系统设计的解决方案;将半物理仿真系统设计问题,转化为仿真/硬件接口设计问题。在此基础上,将空间对接动力学半物理仿真系统设计需要解决问题归纳为三个基本问题。论文介绍了单自由度空间对接动力学半物理仿真系统模型;对仿真/硬件接口进行建模。在单自由度情况下,研究了半物理仿真系统设计问题,并提出三种设计方法;阐述系统设计方法的实现手段和条件,即控制问题;采用仿真手段,验证了单自由度空间对接半物理仿真系统的设计想法和方法;在单自由度情况下,总结了空间对接动力学半物理仿真设计问题解决办法。 介绍了多自由度空间对接动力学半物理仿真系统;在多自由度情况下,对仿真/硬件接口进行建模;探讨仿真/硬件接口的设计问题,以及其实现手段;通过并联机器人各个自由度固有频率分析,指出:并联机器人在空间对接工作空间内运动时,其位置和姿态发生变化,但是其动态特性变化不大。为单自由度空间对接半物理仿真系统设计方法向多自由度情况推广创造了条件;探讨了半物理仿真系统回路动态特性的验证问题;总结了空间对接半物理仿真设计问题解决方法。 论文介绍了虚拟空间对接动力学半物理仿真系统原理样机的建立过程。在虚拟样机上,对空间对接动力学半物理仿真系统建构想法及其实现方法和手段等进行了初步验证。仿真过程与结果表明论文提出的系统设计方法具有较强的可操作性和实用性。原理样机仿真研究工作也为下一步开展试验研究积累系统调试经验,以及做一些准备工作。 论文介绍了空间对接动力学半物理仿真的试验系统。对该系统的并联机器人进行了正弦信号跟踪测试,依据测试结果绘制了两个运动自由度的伯德图。考察了并联机器人运动自由度间的耦合问题。测试了并联机器人与力传感器通道的相位滞后情况。上述试验研究奠定了开展空间对接动力学半物理仿真系统设计试验研究的基础。在空间对接动力学半物理仿真的试验系统上,开展了一系列试验研究对论文提出的空间对接动力学半物理仿真设计想法和方法的可行性和有效性进行了验证。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP391.9

【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 唐建林;基于模型的液压六自由度运动平台自适应控制研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 谷宁;基于刚体特性的物理仿真引擎的设计与实现[D];东北师范大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 刘攀;绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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5 谭海涛;受水下爆炸载荷作用的船体结构可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 常艳艳;水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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9 石云龙;基于CAS理论的地震紧急救援系统模型构建与模拟仿真[D];中国地质大学(北京);2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
2 张文龙;活塞排气气动发动机仿真分析研究[D];南昌航空大学;2010年
3 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
4 詹峰;井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究[D];山东科技大学;2010年
5 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
6 吴小旺;液压支架机液联合仿真与液压控制系统分析[D];山东科技大学;2010年
7 孙晓红;小口径深井救援机器人的设计研究[D];山东科技大学;2010年
8 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年
9 王禹;双质量飞轮扭转疲劳试验台的研究[D];长春理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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2 吴博;基于定量反馈理论的飞行模拟器运动平台控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 陈志雄;列车驾驶模拟器体感模拟的仿真研究[D];西南交通大学;2006年
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 段化鹏;虚拟现实中物理引擎关键技术的研究与应用[D];山东科技大学;2010年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 聂小勇;杨林海;欧阳冬;;基于SIMPACK的虚拟样机技术在SUV底盘调校中的应用[J];机械与电子;2011年03期
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8 ;中国系统仿真学会第三届第三次理事会暨全国“面向二十一世纪、发展仿真技术”学术研讨会胜利召开[J];系统仿真学报;2000年04期
9 夏小平;;仿真技术在数字化电厂中的应用[J];科技信息;2007年06期
10 陈军;;现代教育技术与模拟电子技术教学的整合——用“EWB仿真技术”辅助模拟电子技术教学[J];新课程研究(职业教育);2007年11期
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1 延皓;叶正茂;丛大成;韩俊伟;李洪人;;空间对接半物理仿真原型实验系统研究[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
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5 袁瑞华;SPS仿真技术24小时为延西线“把脉问诊”[N];延安日报;2011年
6 徐昕;用仿真技术省钱[N];中国计算机报;2006年
7 王恩青;CAE仿真技术助力北京奥运会[N];中国工业报;2008年
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10 记者 杨丽英 张春亮;山西引黄工程水力学仿真技术取得重大突破[N];中国冶金报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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3 宋百玲;柴油机控制系统半物理仿真技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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6 王四一;SP-70型全液压顶驱系统动力学仿真分析[D];吉林大学;2012年
7 孟浩;船舶航行的智能自适应控制研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
8 裴胤;基于WIDSS的火箭发射装置虚拟样机设计及动力学仿真[D];南京理工大学;2002年
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10 王立新;引信无返回力矩钟表机构虚拟样机技术研究[D];南京理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陶洪娟;载人登月中对接过程的动力学仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 龚文;液压挖掘机半物理仿真平台及上车机构实时仿真研究[D];浙江大学;2010年
3 徐增丙;自动立式吊具的动力学仿真及其结构优化[D];武汉科技大学;2005年
4 王逢全;基于虚拟样机技术的液压脱钩器仿真及优化[D];大连理工大学;2006年
5 李云召;新型捣稳一体化技术的研究[D];中南大学;2008年
6 郭志强;水声通信算法半物理仿真平台的设计与开发[D];中国海洋大学;2010年
7 龙江志;浮游式采矿车方案设计及其作业过程仿真研究[D];中南大学;2004年
8 虞大联;轻轨车辆新型转向架的设计研究[D];西南交通大学;2004年
9 韦树宝;基于虚拟样机技术的龙门起重机动力学仿真研究[D];武汉理工大学;2006年
10 杨燕初;系留气球锚泊状态动力学仿真分析与试验研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2007年
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