火星巡视器低重力试验系统二维跟踪控制研究.pdf

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1、硕士学位论文火星巡视器低重力试验系统二维跟踪控制研究RESEARCHON2D-TRACKINGCONTROLOFLOW-GRAVITYSIMULATIONSYSTEMOFMARSROVERS张宁波哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工学硕士学位论文火星巡视器低重力试验系统二维跟踪控制研究硕士研究生：张宁波导师：齐乃明教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天工程系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448U

2、.D.C:629DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHON2D-TRACKINGCONTROLOFLOW-GRAVITYSIMULATIONSYSTEMOFMARSROVERSCandidate：ZhangNingboSupervisor：Prof.QiNaimingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringAeronauticalandAstronauticsSpeciality：ScienceandTechnologyAff

3、iliation：Dept.ofAstronauticsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要目前我国航天科技发展迅速，航天器越来越复杂和昂贵，而且在外太空探索上又存在着严格的时间窗口，导致航天器的可靠性需要非常高，而这与航天器的复杂特性构成矛盾。所以为了确保航天任务的成功，需要不断提高航天器的可靠性，因此在地面进行低重力模拟试验就十分必要，因为低重力试验可以全面模

4、拟航天器在太空的工作状态，验证航天器的功能和可靠性。通过比较目前地面低重力试验的方法，其中主动悬吊法的适应性最强，能够满足多种型号的航天器的低重力试验需求。本文主要针主动悬吊法的二维随动过程中吊索需要一直保持铅锤的随动控制问题，以及位姿测量系统单个传感器无法满足多种任务需求的问题，开展主动悬吊法的二维随动建模、位姿测量系统的多传感器数据融合以及二维随动控制三方面进行研究，主要内容如下：在二维随动建模方面，首先完成二维随动系统的机械设计，并且校核刚度；再通过拉格朗日方法建立随动系统的动力学模型，并且以工作点附近的泰勒展开为依据对模型进行线性简

5、化，然后通过分析简化模型的对称性和解耦性将模型进一步的简化，得到最终简化模型；之后通过仿真验证模型的有效性。在多传感器数据融合方面，首先搭建数据融合分布式框架，设计预处理的滤波算法和融合中心的融合算法，得到多传感器数据融合算法；为了避免野值对融合数据的污染，设计通过偏度设置动态门限判断和剔除野值的算法；然后通过仿真验证算法对野值的判断以及融合精度。在二维随动控制方面，通过对二维随动系统的电机、驱动器和传动机构的建模，结合前面的简化模型，得到二维随动系统完整的数学模型；接着确定天车随动、二维平台补偿的二级控制策略；然后采用电流环、速度环、位置

6、环的三环控制方法设计控制器，并且通过仿真验证控制器的有效性；并且由于天车需要适应大小不同的控制速度要求，需要对天车的控制器进行自适应PID改进设计，并且通过仿真验证改进控制器设计的有效性。通过多传感器数据融合和随动控制改进设计，能够切实提高随动控制精度和位姿测量系统的可靠性，最后通过全物理平台试验验证满足系统技术指标要求。关键词：低重力模拟；动力学模型；随动控制；自适应PID；多传感器数据融合I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopingofChina’sspacetechnology,thes

7、pacecraftismoreandmorecomplexandexpensive,howeverthereexistsstrictlylaunchwindowonouterspaceexploration,leadingtothereliabilityofspacecraftrequiresveryhigh,thiscomplexfeaturesconstituteacontradictionwiththespacecraft.So,inordertoensurethesuccessofspacemissions,it’snecessar

8、ytocontinuouslyimprovethereliabilityofspacecraft.Thereforeit’snecessarytotestlowgravitysi