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《上海交通大学》 2014年
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空间对接半物理仿真平台研究

张壮  
【摘要】:空间对接半物理仿真平台用于地面上模拟和再现真实空间两飞行器对接过程,是在飞行器对接机构研制初期对其性能及对接初始条件进行研究的半物理仿真系统。该系统主要由六自由度运动平台、对接动力学解算系统、运动模拟器系统和温场系统等组成,可以模拟不同温度环境下和不同对接初始条件下的两飞行器交会、对接过程。在地面上开展空间对接实验研究,对我国的航天载人和探月工程等提供了很大的帮助。本论文的主要工作内容如下: 1、空间对接半物理仿真平台的总体设计方案。本文首先介绍半物理仿真系统的设计需求,根据其需求进行了仿真系统的总体设计。其中包括,方案设计原理、仿真平台组成、仿真系统的通讯网络设计和各个分系统的设计。 2、6-PSS并联机构的运动学与动力学分析。首先对6-PSS机构进行自由度解算、运动学反解。之后,进行了6-PSS进行雅可比矩阵的计算,分析各个支链的速度和加速度情况,在此基础上运用拉格朗日动力学方程进行了动力学建模。 3、仿真平台通讯网络设计。本课题中采用的是基于反射内存网的分布式控制系统布局。根据实际开发需要选择了反射内存网络的星型拓扑结构,设计了网络时钟同步机制。详细地的阐述了反射内存网络的通讯协议设计。最后,搭建反射内存网络进行了实际的内存读写速度测试和分系统传输速度测试,结果完全满足仿真平台的控制周期要求。 4、仿真平台机电系统建模与PID控制。对运动模拟器的直流伺服电机模型和丝杠机械传动系统进行建模;之后,详细地讨论了线性PID控制器和非线性PID控制器设计原理。对之后的双驱动性能测试做好理论基础。 5、半物理仿真平台试验验证。介绍了“工控机+运动控制卡+驱动器/电机”的模拟量控制方案,并采用测控领域中广泛使用的LabVIEW软件和NI-Motion函数库进行开发;之后,进行了双驱动低速实验和特性频率正弦曲线的跟踪特性试验,结果显示了双驱动良好的运动特性,很好的满足仿真平台的要求。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:V416.8

【参考文献】
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