空间运动可控多自由度隔振平台的动力学研究
随着生产技术及控制理论的发展，空间开发及探测活动使航天器及其所携带的精密设备要求轨道支撑平台具有超静意义上的力学环境，由于卫星上太阳能电池板的运动以及卫星姿态变化会对敏感载荷产生影响，使得卫星上一些高精度、高稳定度的装置不能正常工作，因此，具有振动隔离能力的试验平台开始被研究并应用。本文以空间运动可控多自由度隔振平台为研究对象，分析六自由度Stewart平台的主动隔振特点，基于牛顿—欧拉法建立了空间运动可控多自由度隔振Stewart平台在惯性坐标系下的动力学模型，设计主被动隔振控制方法，对隔振效果进行仿真分析，以验证平台能够稳定在目标位置以及其良好的隔振性能。本文的工作主要有以下三点： 首先，介绍隔振技术及空间隔振技术的原理及发展。通过支腿结构的不同提出隔振平台结构设计的三种构型：弹簧—阻尼器组成的阻尼隔振系统、弹簧—阻尼与作动器组成的主被动一体化隔振系统以及作动器输出力提供主动隔振系统；建立Stewart平台在本体坐标系下的动力学模型，并对模型进行仿真计算。 其次，建立本文主要研究的模型。以基台固定在卫星上的Stewart平台为研究对象，分析空间卫星在轨运行的轨道和姿态特点，利用牛顿—欧拉法和多个坐标转换矩阵之间的转换关系建立广义地球惯性坐标系下空间运动可控多自由度Stewart隔振平台的动力学模型。对所建立的动力学模型进行隔振分析，考虑阻尼隔振支腿的结构特点，并对阻尼结构平台进行了仿真分析，仿真验证该结构的隔振效果。 最后，对于动力学模型的支腿结构进行控制器设计，并建立主动隔振控制系统。根据主动隔振平台任务空间初始和期望的位置及指向，建立广义条件下作动器输出主动力来完成平台由初始到达期望位置过程中的主动定位模型；在基台上施加正弦波和随机信号扰动来模拟空间振动环境，通过任务空间及驱动空间的关系采用任务空间状态反馈来仿真出隔振平台的姿态及方位姿态的变化趋势，分别对采用阻尼隔振形式、主被动联合控制以及主动隔振三种情况下的隔振效果进行仿真及比较，从而验证哪种方法更加适合于空间隔振控制。
空间运动;可控多自由度;隔振平台;牛顿-欧拉法;动力学模型;仿真计算
哈尔滨工业大学
硕士
飞行器设计
王本利
2010
中文
V416.21;TB535.1
97
2013-03-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）