航天器三自由度模拟器自动配平

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1、万方数据第37卷第5期系统工程与电子技术v01．37No．52015年5月SystemsEngineeringandElectronicsMay2015文章编号：100l一506x(2015)05—1124一09网址：www．sys—ele．com航天器三自由度模拟器自动配平徐拮矗，齐乃明，孙启龙，王田野(哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：基于气浮球轴承的航天器模拟器广泛用于研究航天器的姿态动力学与控制，为了在地面模拟太空中的失重环境，必须将重力力矩的干扰减到最小。因此，模拟器的旋转中心要与气浮球轴承

2、的中心重合。提出一种自动配平系统的设计方法．将姿态稳定控制作为系统的内回路，自动配平作为系统的外回路。通过姿态稳定控制，用反作用飞轮反馈的力矩信息，实时计算出模拟器质心位置。通过控制3个正交的配平系统，补偿质心位置偏差。根据实验测得的回路参数．优化设计配平系统控制律。将跟踪微分器应用于力矩信息处理，有效减少电机反复运动，提高配平效率。提出的配平方法成功用于航天器三自由度模拟器的实验中。关键词：气浮轴承航天器模拟器；三自由度；重心估计；自动配平中图分类号：V416文献标志码：ADOl：10．3969／j．issn．1001—

3、506X．2015．05．23Automaticmassbalancingofthree—axisrotationalspacecraftsimulatorXUZhe—yao，QINai—ming，SUNQi—long，WANGTian—ye(Sf^ouZo厂AN￡ro靠n“￡ic^，Hn，‘6i”j卵5￡i￡“￡已o，T_c^竹oZogy，Hnr6i行j5000j，C^i姐n)Abstract：Sphericalair—bearing—basedspacecraftsimulatorsarewidelyusedtores

4、earchspacecraftattitudedynamicsandcontr01techniques．TosimLllatethemicrogravityenvironmentforthegroundspacecraftsimLlla—tors，theeffectsofthetorqueofgravityshouldbeminimized．So，thecenterofrotationofthespacecraftsimula—torshouldbeexactlyalignedwiththecenterofgravity．

5、Thispaperpresentsanautomaticmassbalancingmeth—od．Theattitudestabilitycontrolisdesignedasaninnerloopofthesystem，andautomaticmassbalancingisde—signedastheouterloopofthesystem．Whenthesystemisstable，thepositionofthecenterofgravityiscalcu—latedbytheoL1tputtorqueofthere

6、actionwheel．Thenthreeproofmasseson1inearmotionstagesareactuatedtocompensateforthecenterofgravityoffsetfromthecenterofrotationinrealtime．Thecontrollawisdesignedusingparameteroptimizationhasedontheparametersoftheloopwhicharemeasuredbytheexperiment．Thetracking—differ

7、entiatorisappliedtotorqueinformationprocessing，whicheffectivelyreducesmotormovingre—peatedlyandimprovestheefficiencyofautomaticmassbalancing．Themethodissuccessfullyimplementedinthreedegreesoffreedomspacecraftsimulationexperiments．Keywords：air_bearing七asedspacecraf

8、tsimulators；threedegreesoffreedom；estimationofthecenterofgravity；automaticmassbalancingO引言三自由度模拟器通过气浮球轴承模拟无摩擦和空间微重力环境。为了实现摩擦和空间微重力模拟，其关键技术之一就是保证模拟器平台质心与