基于xpc五自由度气浮平台控制系统设计及仿真的研究

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1、中图书分类号：TP273学校代码：10213UDC：681.52密级：公开工程硕士学位论文基于XPC的五自由度气浮平台控制系统设计及仿真研究硕士研究生：林晓冬导师：宋申民教授申请学位：全日制工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导中心答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDSIMULATIONRESEARCHONTHEFIVEDEGREES-OF-FREEDOMAIRBEARINGPLATF

2、ORMCONTROLSYSTEMBASEDONXPCCandidate：LinXiaodongSupervisor：Prof.SongShenminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation:Dept.ControlScience&EngineeringDateofDefence:July,2013Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要中国“天宫一

3、号”成功发射并圆满完成与神舟八号、神舟九号的交会对接任务，标志着我国航天事业进入新的战略阶段。空间交会对接技术的发展和完善可以有力的保障了太空空间站的建立和空间实验的完成。由于交会对接任务需要耗费大量的人力和物力，所以地面交会对接仿真平台是模拟空间交会对接任务和验证控制策略的重要手段。本文主要工作是搭建并实现五自由度气浮仿真平台各个功能模块，针对姿态控制设计了滑模控制器并对控制分配进行了研究，并进行了仿真验证。本文首先对五自由度气浮平台工作原理和控制系统总体方案设计进行了介绍。分别阐述了气浮平台各个功能模块的工作原理和组成，并完成了实际测试。搭建了地面监控界面并完成地面监控计算机

4、与星载计算机之间的通信。其次，根据刚体动力学和运动学知识，建立了五自由度气浮平台的动力学模型和基于误差四元数的运动学模型。计算出了气浮平台转动惯量矩阵，并对气浮平台在实际情况中所受的干扰力及干扰力矩进行了简明的分析，为后面姿态控制器的设计和仿真提供了理论基础。再次，对滑模变结构相关理论进行了阐述，根据气浮平台姿态控制的要求分别设计传统滑模变结构控制器、快速终端滑模控制器和非奇异终端滑模控制器，并进行了仿真验证。最后，针对五自由度气浮平台执行机构存在冗余，设计了相应的控制分配策略。给出了五自由度气浮平台控制分配的数学描述，并对控制分配方法和控制切换问题进行相关研究，进行了仿真。关键

5、词：五自由度气浮平台；XPC；滑模变结构；控制分配-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractChina'ssuccessfullaunchof"Tiangong-1"andthesuccessfulcompletionofthemissionthatshenzhou8hasbeenrendezvousedanddockedwithshenzhou9,marksChina'sspaceindustryenteredanewstrategicstage.Thedevelopmentandperfectionofspacerendezvousanddockingtechnol

6、ogycaneffectivelyguaranteetheestablishmentofaspacestationandthecompletionofspaceexperiments.Therendezvousanddockingmissionrequiresalotofmanpowerandmaterialresources,sothegrounddockingsimulationplatformistosimulatespacerendezvousanddockingmissionandtoverifyimportantmeansofthecontrolstrategy.Th

7、emainworkofthispaperistosetupandimplementvariousfunctionmodulesof5-DOFairsimulationplatform,fortheattitudecontrol,thispaperdesignstheslidingmodecontroller,studiesthecontrolallocation,andverifiesthesimulation.First,inthispaper,introducesthewor