气浮台平动控制及不平衡力矩补偿系统设计

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1、硕士学位论文气浮台平动控制及不平衡力矩补偿系统设计THEDESIGNFORUNBALANCEDTORQUECOMPENSATIONSYSTEMANDTRANSLATIONALCONTROLOFAIRBEARINGPLATFORM李宗哲哈尔滨工业大学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：公开工学硕士学位论文气浮台平动控制及不平衡力矩补偿系统设计硕士研究生：李宗哲导师：强盛副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2015

2、年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:681.52DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringTHEDESIGNFORUNBALANCEDTORQUECOMPENSATIONSYSTEMANDTRANSLATIONALCONTROLOFAIRBEARINGPLATFORMCandidate：LiZongzheSupervisor：QiangShengAcademicDegreeAppliedfor：Maste

3、rofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要气浮台可作为一种在太空环境下模拟无摩擦情况下的运动设备，其可以在地面上为卫星及其他航天器提供一个近乎真实的运动环境，是地面全物理仿真实验中的一个

4、不可或缺的组成部件。本课题中两个气浮台分别代表轨道器与上升器，通过设计及制造球碗-球面轴承，垂向运动机构，二级冷喷气推力器等系统，使得台体具备六自由度。本文首先确定采用欧拉角方式对姿态平台的运动状态进行描述，另外结合大地坐标系，轨道坐标系，本体坐标系，建立了气浮台体各子系统的数学模型（质心移动数学等式，位置平台与姿态平台各自的运动学及动力学模型，机电传动模型）。在Matlab/Simulink中编写配套程序，搭建相应模块，为后续实际物理系统装配与联调打好了基础。针对不平衡力矩补偿系统和冷喷气系统进行详细

5、分析，采用不同备选控制方案构建相应的控制器，得到系统在各控制器下对应的仿真曲线，进而进行对比分析，选取最佳控制方案。除此之外，选用合适器件构建整体气浮台系统。工控机为控制器；双轴倾角传感器测量姿态平台运动状态；步进电机与直线模组为不平衡力矩补偿系统执行机构；无线传输模块将气浮台台上工控机与地面工控机相连接，进行台体位置及姿态信息等数据的交换。设计软件系统，编写控制程序进行地面全物理仿真测试实验。关键词：气浮仿真实验台；不平衡力矩；冷喷气系统；控制器设计-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstract

6、Airbearingplatformisanequipmentaimingtosimulatethefrictionlesssituationinthespace,whichcanprovideamovementenvironmentapproachingtotherealforsatellitesandotherspacecraftsontheground.Itisanindispensablepartinthefullphysicalsimulationexperiment.Inthissubjec

7、tthetwoairbearingspacecraftsimulatorsarebuiltastheriserandtheorbiter.Alotofsubsystemslikesphericalairbearing,theverticalmovementmechanismandtwo-levelcoldjetthrusteraremanufacturedtomakethesetwoairbearingplatformsequipwithsixdegreesoffreedom.Firstly,Euler

8、Anglesareusedtodescribethemotionstateofthesetworotatingplatforms.Inaddition,combiningwiththegroundframeofaxes,theorbitalframeofaxesandthebodyframeofaxes,themathematicalmodelsofeachsubsystemareestablished(centroidmobilemath