空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究.pdf

1、開(kāi)展空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真技術(shù)研究的意義重大。首先，飛行器空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)具有特別重要的意義。在過(guò)去和現(xiàn)在的人類的空間活動(dòng)中，飛行器空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)都發(fā)揮了重大作用，并將繼續(xù)在人類的空間活動(dòng)中將發(fā)揮更大的作用。然而空間對(duì)接過(guò)程是復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；對(duì)接機(jī)構(gòu)是一種復(fù)雜的自動(dòng)裝置。對(duì)接機(jī)構(gòu)的研制過(guò)程和空間對(duì)接過(guò)程的研究都需要依靠半物理仿真技術(shù)，在地面上完成空間對(duì)接過(guò)程的試驗(yàn)和仿真、空間對(duì)接系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的檢驗(yàn)和驗(yàn)收。采用半物理仿真技術(shù)可將空

2、間對(duì)接技術(shù)變成的一項(xiàng)成熟技術(shù)。
　　空間對(duì)接半物理仿真系統(tǒng)是復(fù)雜的多輸入多輸出系統(tǒng)，又是混合系統(tǒng)。物理模型的強(qiáng)耦合和強(qiáng)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(xiàn)看，有關(guān)空間對(duì)接半物理仿真的基本理論還不是十分完善，因此展開(kāi)空間對(duì)接半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，無(wú)論是在理論方面還是工程應(yīng)用方面都是非常有意義的。
　　本文在查閱了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)

3、狀，指出該項(xiàng)技術(shù)研究面臨的問(wèn)題。歸納出空間對(duì)接半物理仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)綜述空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真技術(shù)的支撐理論與技術(shù)，為課題研究奠定了基礎(chǔ)。
　　本文論述了空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本想法（Idea）。分析了空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真系統(tǒng)研究任務(wù)，指出采用半物理仿真方式的必要性。通過(guò)分析被仿真對(duì)象系統(tǒng)，一方面指出其復(fù)雜性，復(fù)雜的被仿真對(duì)象使半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得十分困難；另一方面也指出被仿真動(dòng)態(tài)過(guò)程的頻率是有限的，

4、這是建構(gòu)半物理仿真系統(tǒng)的條件。推導(dǎo)了空間對(duì)接飛行器體動(dòng)力學(xué)模型，并最終將其用于構(gòu)建半物理仿真系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)半物理仿真系統(tǒng)與被仿真對(duì)象系統(tǒng)進(jìn)行相似性分析，闡述半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。并指出該系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，即人為構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，并使之動(dòng)態(tài)特性與空間飛行器對(duì)接動(dòng)力學(xué)過(guò)程相似。
　　闡述了半物理仿真系統(tǒng)建構(gòu)想法，探討了半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的解決方案；將半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為仿真/硬件接口設(shè)計(jì)問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，將空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半

5、物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決問(wèn)題歸納為三個(gè)基本問(wèn)題。
　　論文介紹了單自由度空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真系統(tǒng)模型；對(duì)仿真/硬件接口進(jìn)行建模。在單自由度情況下，研究了半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，并提出三種設(shè)計(jì)方法；闡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)手段和條件，即控制問(wèn)題；采用仿真手段，驗(yàn)證了單自由度空間對(duì)接半物理仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)想法和方法；在單自由度情況下，總結(jié)了空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真設(shè)計(jì)問(wèn)題解決辦法。
　　介紹了多自由度空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真系統(tǒng)

6、；在多自由度情況下，對(duì)仿真/硬件接口進(jìn)行建模；探討仿真/硬件接口的設(shè)計(jì)問(wèn)題，以及其實(shí)現(xiàn)手段；通過(guò)并聯(lián)機(jī)器人各個(gè)自由度固有頻率分析，指出：并聯(lián)機(jī)器人在空間對(duì)接工作空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位置和姿態(tài)發(fā)生變化，但是其動(dòng)態(tài)特性變化不大。為單自由度空間對(duì)接半物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)特性的驗(yàn)證問(wèn)題；總結(jié)了空間對(duì)接半物理仿真設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方法。
　　論文介紹了虛擬空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真系統(tǒng)原理樣機(jī)的

7、建立過(guò)程。在虛擬樣機(jī)上，對(duì)空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真系統(tǒng)建構(gòu)想法及其實(shí)現(xiàn)方法和手段等進(jìn)行了初步驗(yàn)證。仿真過(guò)程與結(jié)果表明論文提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。原理樣機(jī)仿真研究工作也為下一步開(kāi)展試驗(yàn)研究積累系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，以及做一些準(zhǔn)備工作。
　　論文介紹了空間對(duì)接動(dòng)力學(xué)半物理仿真的試驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)的并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了正弦信號(hào)跟蹤測(cè)試，依據(jù)測(cè)試結(jié)果繪制了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度的伯德圖。考察了并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)自由度間的耦合問(wèn)題。測(cè)試了并聯(lián)