气浮台协调编队控制及3D实时仿真

《气浮台协调编队控制及3D实时仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、工程硕士学位论文气浮台协调编队控制及3D实时仿真COOPERATIVEFORMATIONCONTROLOFAIRBEARINGSIMULATORSAND3DREALTIMESIMULATION牛天资哈尔滨工业大学2018年6月中图分类号：TP273学校代码：10213U.D.C.:681.52密级：公开工程硕士学位论文气浮台协调编队控制及3D实时仿真硕士研究生：牛天资导师：刘国平教授申请学位级别：工程硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导技术研究中心答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP27

2、3U.D.C.:681.52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCOOPERATIVEFORMATIONCONTROLOFAIRBEARINGSIMULATORSAND3DREALTIMESIMULATIONCandidate：NiuTianziSupervisor：Prof.LiuGuoPingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ControlScienceandEngineeringDateofOralExamination：Jun

3、e,2018University：HarbinInstituteofTechnology：哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要伴随着航天技术的发展，气浮台全物理仿真系统以其较低的构建成本、较长的持续时间和较小的扰动引入等优点越来越受到人们的重视。基于3自由度卫星模拟器的气浮台系统可以在一定程度上模拟太空微重力环境，对各种进行各种空间任务的研究具有极其重要的辅助作用。多卫星协调运行可以完成单个卫星无法完成的更加复杂的航天任务，国内外的一些高校和科研机构已经开展了气浮台编队系统的研究工作，并取得了丰硕的研究成果。本文以一种3自由度卫星模拟器为研究对象，建立了NC

4、SLab（NetworkedControlSystemLaboratory）虚拟实验平台，扩展了NCSLab的功能，提出了一种编队算法，并给出了Lyapunov稳定性证明，该算法在3D虚拟实验室得到了实现，并在气浮台全物理仿真系统进行了实验，说明了该算法的有效性。首先介绍了卫星模拟器的结构和工作方式，根据基础力学和刚体动力学的知识，建立体坐标系和惯性坐标系对卫星模拟器的运动进行数学描述，并介绍了一些编队理论基础知识。其次推导了卫星模拟器的运动学方程和动力学方程，建立了卫星模拟器的状态空间方程。根据卫星模拟器的数学模型，设计卫星模拟器轨迹跟踪算法，将其分解成

5、两个子系统——速度闭环控制系统和位置闭环控制系统，运用比较引理和Lyapunov稳定性等相关知识证明了控制系统的稳定性。然后采用改进跟随领航者方法，为每个卫星模拟器设定虚拟跟踪对象，设计了卫星模拟器的编队算法。并完成了编队算法的S-function的编写。然后基于NCSLab虚拟实验平台的扩展功能，绘制卫星模拟器的3D虚拟模型，设计卫星模拟器的3D动画，在NCSLab虚拟实验平台上搭建了气浮台的3D虚拟实验环境。网络化虚拟实验室不仅可以观察算法实时运行时的各参数变化，还可以观察虚拟仪器在虚拟实验场景中的运行状况，解决了卫星模拟器一次实验准备过程繁琐，实验时

6、间短，氮气损耗严重的问题。最后在3D虚拟实验平台和气浮台全物理仿真平台做了单个卫星模拟器和三个卫星模拟器编队的典型轨迹的跟踪，结果表明3D虚拟仿真实验，编队系统可以稳定的运行，误差均保持在可接受的范围内。全物理仿真实验虽然实验条件存在一些限制，但编队系统仍然可以稳定的运行，并具有一定的抗干扰能力。关键词：卫星模拟器、气浮台系统、编队飞行、3D实时仿真-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentfortheastronauticsandaerospacetechnology,moreandmoreatte

7、ntionarepaidtothewholephysicalsimulationsystemofair-bearingtestbed(WPSS-ABT)duetoitsadvantagessuchaslowercost,longerdurationandlessdisturbance.TheWPSS-ABTof3-Degreesatellitescanprovideaintactsimulationformicrogravityenvironments,thusofferingavitalassistanceforresearchofvariousspac

8、etasks.Sincemultiple-satellitecoo