吊索式低重力模拟器控制系统设计

摘要

吊索式低重力模拟系统的作用是在航天器升空之前对其进行测试，良好的测试可以有效地保证被测试装置在恶劣的工作环境下可以稳定工作。实验室传统的吊索式低重力模拟器采用的是电机弹簧摆杆等组成，结构复杂，成本高昂，维护不方便。本文针对这些问题，采用了新的实现方式，设计了基于磁粉离合器的新的系统结构，并建立了系统的动力模型，针对实际系统中存在着参数不确定性和扰动，设计了具有鲁棒性能的控制器。
　　首先，文章对低重力模拟器对航天事业发展的研究意义进行了探讨，并对其多种多样的实现方式和国内外吊索式低重力模拟器的研究现状进行了分析。论文第二章首先比较了三种可行的吊索式低重力模拟系统实现方案的优缺点，并最终提出了采用磁粉离合器实现低重力模拟器的实现方式。之后对磁粉离合器的工作原理，性能，优缺点进行了深入研究，论证了方案的可行性，并对磁粉离合器传递函数和选取原则等进行了阐述，最后设计了系统的总体构成结构。
　　其次，第三章首先分析了磁粉离合器和电机的控制模型，根据系统的结构特点，建立了系统的动力学模型。之后，分析了磁粉离合器在系统中的作用，验证了其可以在一定程度上减小地面加速度干扰对系统的影响。最后根据系统的特性对模型进行了简化。
　　最后，针对实际系统中存在着参数不确定性和扰动，设计了鲁棒H?控制器。首先对系统的不确定性问题分析了其产生原因及处理方式，建立了广义被控对象模型，并设计了性能加权函数，之后利用Matlab鲁棒工具箱中的函数编程生成了满足要求的控制器。最后对设计的控制器进行了仿真验证，证明了其可以满足系统的精度要求，并可以很好的抑制干扰和不确定性对系统的影响，从理论上证明了基于磁粉离合器的低重力模拟器方案的可行性。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2国内外该问题的研究现状

1.3主要研究内容

第2章 模拟器系统方案设计

2.1引言

2.2系统方案选择

2.3磁粉离合器简介

2.4磁粉离合器方案的可行性分析

2.5系统总体结构设计

2.6本章小结

第3章 模拟器系统建模

3.1引言

3.2磁粉离合器模型

3.3电机模型

3.4系统整体建模

3.5磁粉离合器作用分析

3.6系统模型简化

3.7本章小结

第4章 H∞控制器设计

4.1引言

4.2 H∞理论介绍

4.3不确定性处理

4.4广义被控对象模型建立

4.5性能指标加权函数的选取

4.6控制器综合

4.7本章小结

第5章 系统仿真验证

5.1引言

5.2干扰的模拟

5.3系统仿真实验

5.4系统的总体仿真

5.5改变输入指令仿真

5.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢