空間對接動力學半物理仿真系統(tǒng)設計及試驗研究.pdf

1、開展空間對接動力學半物理仿真技術研究的意義重大。首先，飛行器空間交會對接技術具有特別重要的意義。在過去和現(xiàn)在的人類的空間活動中，飛行器空間交會對接技術都發(fā)揮了重大作用，并將繼續(xù)在人類的空間活動中將發(fā)揮更大的作用。然而空間對接過程是復雜的動力學過程；對接機構是一種復雜的自動裝置。對接機構的研制過程和空間對接過程的研究都需要依靠半物理仿真技術，在地面上完成空間對接過程的試驗和仿真、空間對接系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的檢驗和驗收。采用半物理仿真技術可將空

2、間對接技術變成的一項成熟技術。
　　空間對接半物理仿真系統(tǒng)是復雜的多輸入多輸出系統(tǒng)，又是混合系統(tǒng)。物理模型的強耦合和強非線性使得半物理仿真系統(tǒng)的分析與綜合都變得十分困難。從可以查閱的文獻看，有關空間對接半物理仿真的基本理論還不是十分完善，因此展開空間對接半物理仿真系統(tǒng)設計問題研究和試驗驗證，無論是在理論方面還是工程應用方面都是非常有意義的。
　　本文在查閱了大量國內(nèi)外相關文獻的基礎上，綜述了空間對接動力學半物理仿真技術發(fā)展現(xiàn)

3、狀，指出該項技術研究面臨的問題。歸納出空間對接半物理仿真技術的發(fā)展趨勢。通過綜述空間對接動力學半物理仿真技術的支撐理論與技術，為課題研究奠定了基礎。
　　本文論述了空間對接動力學半物理仿真系統(tǒng)設計的基本想法（Idea）。分析了空間對接動力學半物理仿真系統(tǒng)研究任務，指出采用半物理仿真方式的必要性。通過分析被仿真對象系統(tǒng)，一方面指出其復雜性，復雜的被仿真對象使半物理仿真系統(tǒng)設計變得十分困難；另一方面也指出被仿真動態(tài)過程的頻率是有限的，

4、這是建構半物理仿真系統(tǒng)的條件。推導了空間對接飛行器體動力學模型，并最終將其用于構建半物理仿真系統(tǒng)。通過對半物理仿真系統(tǒng)與被仿真對象系統(tǒng)進行相似性分析，闡述半物理仿真系統(tǒng)設計問題。并指出該系統(tǒng)設計問題的實質(zhì)，即人為構建一個動態(tài)系統(tǒng)，并使之動態(tài)特性與空間飛行器對接動力學過程相似。
　　闡述了半物理仿真系統(tǒng)建構想法，探討了半物理仿真系統(tǒng)設計的解決方案；將半物理仿真系統(tǒng)設計問題，轉(zhuǎn)化為仿真/硬件接口設計問題。在此基礎上，將空間對接動力學半

5、物理仿真系統(tǒng)設計需要解決問題歸納為三個基本問題。
　　論文介紹了單自由度空間對接動力學半物理仿真系統(tǒng)模型；對仿真/硬件接口進行建模。在單自由度情況下，研究了半物理仿真系統(tǒng)設計問題，并提出三種設計方法；闡述系統(tǒng)設計方法的實現(xiàn)手段和條件，即控制問題；采用仿真手段，驗證了單自由度空間對接半物理仿真系統(tǒng)的設計想法和方法；在單自由度情況下，總結(jié)了空間對接動力學半物理仿真設計問題解決辦法。
　　介紹了多自由度空間對接動力學半物理仿真系統(tǒng)

6、；在多自由度情況下，對仿真/硬件接口進行建模；探討仿真/硬件接口的設計問題，以及其實現(xiàn)手段；通過并聯(lián)機器人各個自由度固有頻率分析，指出：并聯(lián)機器人在空間對接工作空間內(nèi)運動時，其位置和姿態(tài)發(fā)生變化，但是其動態(tài)特性變化不大。為單自由度空間對接半物理仿真系統(tǒng)設計方法向多自由度情況推廣創(chuàng)造了條件；探討了半物理仿真系統(tǒng)回路動態(tài)特性的驗證問題；總結(jié)了空間對接半物理仿真設計問題解決方法。
　　論文介紹了虛擬空間對接動力學半物理仿真系統(tǒng)原理樣機的

7、建立過程。在虛擬樣機上，對空間對接動力學半物理仿真系統(tǒng)建構想法及其實現(xiàn)方法和手段等進行了初步驗證。仿真過程與結(jié)果表明論文提出的系統(tǒng)設計方法具有較強的可操作性和實用性。原理樣機仿真研究工作也為下一步開展試驗研究積累系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗，以及做一些準備工作。
　　論文介紹了空間對接動力學半物理仿真的試驗系統(tǒng)。對該系統(tǒng)的并聯(lián)機器人進行了正弦信號跟蹤測試，依據(jù)測試結(jié)果繪制了兩個運動自由度的伯德圖。考察了并聯(lián)機器人運動自由度間的耦合問題。測試了并聯(lián)