月球车运动姿态模拟器的设计与研制

摘要

随着探月工程进入二期阶段，我国自主研制的月球探测巡视器，即俗称的月球车，将在月球软着陆探测及后续任务中登陆月表就地勘察月球资源，开展月基天文观测，并为月球基地的选择提供基础数据。
　　本文的研究对象是一种能模拟月球车运动姿态的多自由度运动平台，用于月球车上安装的探测装置的地面物理模拟，实现月球车多自由度的伺服控制，为巡视探测装置方案提供分析验证和仿真支撑，对月球巡视探测装置的验证、评价和改进具重要作用。文中结合该模拟器的控制系统研制工作，分别建立多自由度平台的运动动力学数学模型，及单轴系统的机电部分数学模型，对其控制方案、控制规律、控制回路及实现方法等进行研究，快速有效地再现其运动状态。
　　本文在月球车姿态模拟器系统机理分析的基础上提出设计方案，以单轴系统数学模型为对象分别设计了多闭环鲁棒反馈控制器和零相位误差跟踪前馈控制器，以多自由度平台数学模型为对象设计了基于多变量控制理论的相应控制器，统筹解决系统的稳定性、抗扰能力和跟踪能力问题。同时本文介绍了随动二轴转台隔离扰动原理及控制器设计。
　　文中对月球车姿态模拟器控制系统软件及控制柜亦进行了介绍论述，并进行了全数字仿真以及包含实物控制器、传感器和执行机构在内的实物仿真试验。
　　该月球车姿态模拟器已进行了多次性能试验验证，结果表明设计完成的多自由度姿态模拟控制器性能良好，达到了系统设计的要求。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 月球车姿态模拟器控制方法综述

1.3 论文的主要内容

第二章 月球车姿态模拟器机理研究与建模

2.1月球车姿态模拟器原理设计

2.2 月球车姿态模拟系统数学建模

2.3 月球车姿态模拟机理分析

2.4 本章小结

第三章 月球车姿态模拟器系统控制方法研究

3.1 单输入单输出系统多闭环控制

3.2 零相位误差跟踪控制

3.3 姿态模拟平台多变量综合控制

3.4 随动平台隔离扰动控制

3.5 本章小结

第四章 月球车姿态模拟器的物理实现与试验分析

4.1 月球车姿态模拟器总体结构

4.2 硬件选型配置及选型

4.3 控制系统软件设计

4.4 模拟器平台控制系统性能测试

4.5 随动系统性能试验

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 进一步工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文