空间微重力地面模拟装置基于神经滑模的自适应补偿控制.pdf

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1、第50卷第15期机械工程学报vo1．5ONO．152014年8月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGAug．2014DoI：lO．3901／JME．2014．15．068空间微重力地面模拟装置基于神经滑模的自适应补偿控制冰张文辉，2叶晓平季晓明f1．丽水学院工学院丽水323000；2．哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001)摘要：针对目前做复杂运动的大中型飞行器地面微重力环境难以实现的问题，提出了新颖的模拟装置，并设计了基于神经滑模的自适应补偿控制方法。该装置采用机械传动、电动机驱动和气悬浮的组合方式来实现做复杂运动的三维模拟。采用气悬浮来被动实现

2、平面二维随动，采用力反馈的主动控制补偿技术来实现竖直方向升降。在考虑到精确模型无法获得及存在摩擦干扰的情况下，神经滑模控制策略能够保证控制系统的鲁棒性，设计的自适应神经网络控制器能够在线学习未知不确定上界，降低滑模“抖振”。仿真表明了所设计的试验系统能够满足三维运动要求，达到了较高模拟精度，对于复杂空间运动的飞行器微重力模拟具有重要工程价值。关键词：三维微重力；地面模拟系统；神经网络；滑模控制中图分类号：TP273AdaptiveCompensationControlforGroundSimulationEquipmentofSpaceMicrogravityEnviron

3、mentBaseonNeuralSliding·modelZHANGWenhui·YEXiaopingJIXiaoming(1．SchoolofEngineering，LishuiUniversity,Lishui323000；2．SchoolofAstronautics，HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract：Dificultproblemsofsimulationthespacemicrogravityenvironmentforbigandmiddleexperimentalobjectswithcomple

4、xmoveareconsidered．Anovelsystemisproposedandtheadaptivecompensationcontrolmethodbasedonneuralslidingmodeisdesigned．Theequipmentscombinemachinetransmission、motordriveandair-bearingtorealizethree-dimensionspatialmicrogravitysimulation．Forcefeedbackcontrollercounteractsgravityrealtimelyascont

5、roller．Theschemedispenseswithaccuratedynamicalmode1．Frictionnon—linearityofmachinesystemandoutsidedisturbanceareconsidered．Controllerisdesignedbasedonstatefeedback．Slidingmodelcontrollerisemployedtocompensateuncertaintymodeltoguaranteerobust．RBFneuralnetworkisusedtoadaptivestudyuncertainty

6、upboundtoreduce“chattering”．ThestabilityisprovedbasedonLyapunovtheory．ThesimulationshowsthatthedesignoftestsystemCanachievehighersimulationaccuracy,hasimportantengineeringvalue．Keywords：three—dimensionalmicrogravity：groundsimulationsystem；neuralnetwork；slidingmodelcontrol令试验目标物做平抛运动J。抛物飞行法

7、是利用抛0前言物线机动飞行来创造微重力和低重力的方法L4j。这两种方法模拟精度较高，安全可靠、可重复利用，飞行器发射升空后一旦失败就难以维修，在发且可以进行复杂三维空问微重力试验。但造价昂贵，射前必须通过地面试验来验证可靠性，因此在地面单次试验时问过短，难以对性能进行充分考核。水浮法是指利用水的浮力来平衡机械臂自身上创造近似太空环境来进行性能试验成为当前研究重力J。该方法可以进行三维空间微重力模拟，但的热点领域¨J。目前国际上通用手段有：自由落体水浮方案容易受水阻力和紊流影响，模拟精度较差，运动法、抛物飞行法、水浮