挠性附件模拟器控制系统的设计与实现

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1、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挠性附件模拟器控制系统的设计与实现硕士研究生：史月导师：王岩教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:681.52DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringTHEDESIGNANDIMPLEMENTATIONONTHECONTROLSYSTEMOFFLEXIBLEAPPENDAGESIMULATORCandidate：

2、ShiYueSupervisor：Prof.WangYanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefense：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着世界航天技术的日益发展，世界上经济科技实力雄厚的国家都将太空看作一块资源必争之地。太空资源的争夺是一场没有硝烟的战

3、争。航天器的发射次数和频率也随之变得更高。航天器的负责程度也随之变高，这对于航天器的控制提出了很高的要求。验证控制算法，进行仿真实验无疑变得越来越重要。本文探讨的是航天器地面物理仿真系统中一个重要的环节，研制一种可以模拟挠性附件的设备。本文首先在绪论部分讨论了挠性附件模拟器课题的来源和意义。并探讨了我国和世界各国在挠性卫星地面物理仿真方面的技术和理论进展，从而印证了研制该设备的必要性和重要性。在介绍了挠性附件模拟器的整体结构功能之后，通过对带有挠性附件模拟器的卫星气浮平台进行动力学建模，对比带有挠性附件的卫星航天动力学模型，在理论上验证两个系统模型的等价性。从而在理论上验证了挠性附件模拟器的可

4、行性。然后，选取一个自由度的主动梁为研究对象，对带有摆动式音圈电机的主动梁模型进行系统建模。在分析了摆动式音圈电机的原理和特点之后对其进行了建模；在对主动梁进行了模态分析之后建立了主动梁的力矩控制模型。结合了音圈电机的模型和主动梁的模型组成了整个系统的模型。在得到了主动梁系统模型之后，讨论控制器的设计。本文中采用滑模变结构控制器，针对滑模变结构控制具有较强鲁棒性的特点，通过MATLAB仿真基于不同的趋近律的滑模控制器，验证验证系统对于干扰信号的抗干扰性。最后对挠性附件模拟器控制系统进行了硬件部分和软件部分的设计。硬件包括摆动式音圈电机、嵌入式工控机、圆光栅、信号采集卡、运动控制卡等。软件主要采

5、用基于windows的嵌入式实时操作系统作为开发平台，提高了系统处理的实时性。最后对搭载的小型验证平台进行了实际工程测试，从工程上验证了该设备的可行性。关键词：挠性附件模拟器；滑模控制；挠性附件；挠性航天器姿态动力学；摆动式音圈电机I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofaerospacetechnologyintheworld,theouterspaceisbeingconsideredaplaceofstrategicimportancebyeverypowerfulnation.Thescrambleforouterspaceisawarw

6、ithoutsmoke.Thus,thenumberandfrequenciesoflauncheskeepincreasing.Bythecomplexityofspacecraftrising,therequirementsforcontrolofspacecraftaregoinghigher.Underthiscircumstance,tovalidatethecontrolalgorithm,conductinggroundexperimentsisofgreatimportance.Thisresearchdiscussedhowtodevelopanequipmenttosimu

7、latetheflexibleappendagesofspacecraft,whichisakeypartforthegroundexperimentofflexiblespacecraft.Thisresearchfirstdiscussedthesourceandmeaningofthisproject.Thenthesituationoftechnologyandtheoriesonflex