月面巡视器动力学仿真分析

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1、中图分类号：V19论文编号：102871518-SZ007学科分类号：085210硕士学位论文月面巡视器动力学仿真分析研究生姓名苗丰宸专业类别工程硕士专业领域控制工程指导教师居鹤华教授李爽教授南京航空航天大学研究生院航天学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAstronauticsLunarRoverDynamicsSimulationAnalysisAThesisinMasterofEngineering,ControlEngineering

2、byMiaoFengchenAdvisedbyProf.JuHehuaLiShuangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库

3、进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要为实现月球表面地貌、巡视器运动过程的真实模拟，需要开发月面巡视器仿真系统。而月球的低重力环境以及月球背面复杂多变的地形，对巡视器的运动学及动力学建模、控制等方面都提出了很高的要求。首先，针对我国月球探测工程的月面巡视器原理样机，建立了巡视器各部件的坐标系并给出各部件的结构参数然后分析轮地接触关系。结合巡视器移动系统的结构和拓扑关系，分析其运动特点。应用多轴系统运动学原理给出巡视器正运动学的计算方法，建立

4、了基于轴不变量的运动学方程。研究巡视器的逆运动学及其解算。其次，建立了基于牛顿-欧拉的月面巡视器动力学方程，分析并建立了巡视器系统的约束方程及任一部件的状态方程。给出了ODE动力学仿真的具体流程和基本设置。然后，结合巡视器的正运动学计算，应用“Ju-Kane”法建立了基于轴不变量的月面巡视器迭代式动力学方程。进行力的反向迭代，获取巡视器系统的广义控制力及轮土作用力。针对巡视器的自主控制需求，设计了基于力协调的牵引控制系统，以控制巡视器在复杂月面上平稳运动。最后，基于以上研究内容开发可视化的月面巡视器仿真系统。利用仿真系统的ODE模块对基于轴不变量的运动学方程、逆运

5、动学解算方法进行验证，再利用仿真系统对基于轴不变量的动力学方程、牵引控制进行实验验证。实验结果证明逆运动学解算方法正确，运动学方程和动力学方程正确、可靠，运动学和动力学计算快速、准确，设计的牵引控制系统能够使巡视器平稳运动并在复杂月面上较准确的跟踪期望运动。关键词：巡视器，仿真，运动学，动力学，牵引控制I月面巡视器动力学仿真分析ABSTRACTInordertorealizetherealsimulationoflunarsurfacelandscapeandrovermovement,itisnecessarytodevelopthelunarroversimu

6、lationsystem.Butthelow-gravityenvironmentandthecomplexterrainonthebackofthemoonbringstrictrequirementsforthekinematicanddynamicmodelingandcontroloftherover.First,forthemodeloflunarroverprincipleprototypeusedinlunarexplorationprojectofourcountry,thecontactrelationshipbetweenthewheelsan

7、dterrainareanalyzed,thecoordinateframeandstructuralparametersofthecomponentsaregiven.Combinedwiththestructureandtopologyoftherovermobilesystem,themovementcharacteristicsareanalyzed.Applyingtheprincipleofmulti-axissystem,thecalculationmethodofforwardkinematicsbasedonaxisinvariantsaregi

8、venan