低重力模拟系统的设计

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1、硕士学位论文低重力模拟系统的设计DESIGNOFLOWGRAVITYSIMULATOR徐柏松哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.52密级：公开工程硕士学位论文低重力模拟系统的设计硕士研究生：徐柏松导师：卢鸿谦副教授申请学位：工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月30日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:681.52DissertationfortheMasterDegreein

2、EngineeringDESIGNOFLOWGRAVITYSIMULATORCandidate：XuBaisongSupervisor：AssociateProf.LuHongqianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June30,2015Degree-Conferring-Institutio

3、n：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着我国航天事业的不断发展，从保证航天员和飞行器安全的角度出发，在外太空探测前，在地球上模拟外太空探测所面临的各种环境就显得非常重要。低重力模拟系统是为了在地球上模拟太空的低重力环境而搭建的实验平台，目的是使模拟器喷气后的动力学行为与太空低重力环境下的行为相一致。由于传统的水浮法和气浮法都有局限性，因此低重力模拟环境采用的是主动悬吊法实现。首先，阐述了低重力模拟系统的整体设计方案。针对吊舱质量变化幅度大的特点，提出了机械装置和控制器采用三个档位的方案

4、；针对吊索出线点和在卷筒上缠绕半径不变的指标要求，给出了机械装置上的解决方案。其次，针对低重力模拟系统对实时性和精度的要求，而且拉力控制精度和吊舱喷气后吊索收放的实时响应性都是由拉力系统实现的特点，建立了拉力系统的缓冲机构模型和机电系统的模型，并且根据吊舱喷气的动力学特性建立了系统的标称模型。再次，单独分析了缓冲机构的特性，并对力传感器、串口带来的数据传输延时问题和等效弹性系数因为摆杆转动角度引起的不确定性问题，给出了用乘性不确定性表示的模型；对模拟系统的三个档位分别设计了各自的H控制器，用MATLAB仿真了控制

5、器的设计效果。最后，结合实际工程项目的指标要求，设计了基于RTX和Windows双系统的解决方案；并且实现了综控界面，给建立的系统模型、控制器提供了实际的验证平台。关键词：低重力；鲁棒控制；RTXIAbstractAbstractWiththecontinuousdevelopmentofChina'sspaceindustry,fromtheperspectiveofensuringthesafetyofastronautsandaircraft.Infrontofouterspaceexploration,it

6、isimportanttosimulateavarietyofenvironmentsontheearth.Lowgravitysimulationsystemisanexperimentalplatformtosimulatethelowgravityenvironmentofspaceontheearth.Thepurposeistomakethedynamicbehaviorofthesimulatorconsistentwiththebehaviorofthelowgravityenvironment.Be

7、causethetraditionalwatermethodandairflotationmethodhaslimitations,therefore,theactivesuspensionmethodisadoptedtosimulatethelowgravityenvironment.First,theoveralldesignschemeoflowgravitysimulationsystemisintroduced.Accordingtothecharacteristicsofthequalityofthe

8、podvariation.Theschemeofmechanicaldeviceandcontrollerusingthreestallsispresented.Theslingandwindingthesameoutletpointindexonthedrumradius,thesolutiontothemechanicaldeviceisgiven.Se