空间站机械臂电模拟器研制

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1、硕士学位论文空间站机械臂电模拟器研制DEVELOPMENTOFTHEELECTRICALSIMULATORFORSPACESTATIONMANIPULATOR张泽哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：628.162密级：公开工程硕士学位论文空间站机械臂电模拟器研制硕士研究生：张泽导师：金明河教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.2U.D.C:628.162DissertationfortheMasterDegr

2、eeinEngineeringDEVELOPMENTOFTHEELECTRICALSIMULATORFORSPACESTATIONMANIPULATORCandidate：ZhangZeSupervisor：Prof.JinMingheAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：Har

3、binInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要我国将于2020年前后建成空间站，而空间站机械臂在空间站使用、维护中扮演着重要角色，由于其特殊工作环境和巨大投入成本，需要对机械臂进行地面实验验证，传统的地面验证实验系统开销大、难度高且具有一定的局限性，而传统的电联试系统在多自由度情况下结构复杂，为此本文研制了能够方便模拟空间站机械臂真实行为的电模拟器。本文首先完成了空间站机械臂电模拟器的软硬件设计。根据机械臂系统的真实情况及电模拟器的需求功能，确定了紧凑性及可扩展性高的CPCI硬件架构，选型并设计了相应的硬件模块，建立了电模拟器的硬件平台；提出了

4、实现各功能的软件模块构成及联系的整体方案，对电模拟器的各软件模块、监控配置上位机进行了详细的设计。其次，建立了多领域机械臂模型。为更加精确地建立机械臂模型，采用基于Modelica语言的多领域系统建模软件SimulationX，根据机械臂真实情况，建立了PMSM伺服电机模型，机械臂柔性关节及六维力/力矩传感器的动力学模型；通过其他软件建立的相应模型对模型进行仿真对比，并对SVPWM模块及力/力矩传感器模块优化；最终将电机模型与动力学模型结合建立了多领域机械臂模型，满足实时性、准确性。最后，建立了检测测试平台并对电模拟器进行测试。根据空间站机械臂电模拟器的实际要求，结合监控配置上位

5、机，通过模拟机械臂实际的载荷搬运任务，对电模拟器功能性、实时性及准确性测试，测试结果表明电模拟器能够模拟机械臂真实功能，实时性良好，准确性高，符合电模拟器的要求。关键词：空间站机械臂；电模拟器；多领域系统建模-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractOurcontroyplanstocompletethespacestationaround2020.Andintheusageandmaintenanceofthestationspace，spacemanipulatorplaysaquiteimportantrole.Consideringthespecicalwork

6、enviromentandsignificantinvestment,agroundexperimentsystemisneccessary.Whiletradiationalmethodsarequitecomplexandcostmuch,althoughelectricemulatorsystemisagoodchoicebutcomplexforMulti-DOF.Inthissituation,anelectricalsimulatorinordertosimulatespacestationmanipilatorconvenieccelywasdeveloped.Fi

7、rstly,thehardwareandsoftwaredesignsoftheelectricalsimulatorwerefinished.Accordingtotherealsituationofthespacemanipulatorandtherequirementoftheelctricalsimulator,CPCIstructurewithhighcompactnessandextensibilitywaschosen.Meanwhileoverallplanfor