月球车地面六分之一重力试验系统的导航与控制研究

摘要

本文研究了一种基于 PSD的月球车质心三维位置与姿态检测新方法对六分之一重力模拟装置的执行系统进行导航，并设计了月球车六分之一重力试验装置的控制系统，结合导航系统共同完成对月球车位置的跟踪。
　　本文在对六分之一重力模拟装置系统研究的基础上，进行了基于 PSD的位置检测技术研究，设计了一种既可以检测出月球车位置同时又能解算出姿态的导航方法。该方法以月球车上三个点亮的LED为探测目标，通过成像系统将LED成像到PSD的敏感面上，经过数据采集和信号处理，将PSD输出的电信号转化成为LED的位置信号，建立数学模型。导航中采用两个PSD传感器确定单个标记光源点的三维信息，再通过月球车上三个标记光源点的三维信息解算出月球车的位置和姿态。将PSD相机、数据采集卡、PC计算机、LED系统集成三维位置检测导航系统，设计实验方案并进行了实验验证，验证本文所设计的导航方法的正确性，可行性和实用性。对该导航方法的误差进行了初步分析，提出以后的改进方向，为今后该检测方法和系统的优化和应用提供了参考。
　　深入分析了伺服控制方法，根据月球车地面六分之一重力试验系统的需求，对控制器进行设计，优化设计步骤；对设计的控制算法进行仿真验证，并在仿真的过程中对模型不断优化，提取关键的控制参数，为后续的实验研究奠定良好的基础；试验中将控制器控制算法嵌入到软件中，结合对电机驱动器的参数设置，共同完成电机调试试验。月球车地面六分之一重力试验装置的控制系统采用二维伺服控制，文中给出了控制系统的建模过程以及控制系统的工程实现方式，最终试验结果验证系统达到了2cm的跟踪精度。

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第一章 绪 论

1.1课题简介

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

第二章 基于PSD的导航系统设计及分析

2.1六分之一重力试验系统介绍

2.2导航方案设计

2.3光学及电气设计

2.4导航算法设计

2.5导航系统精度及干扰分析

2.6可靠性及可维护性

2.7导航算法仿真验证

2.8本章小结

第三章 控制系统设计及分析

3.1伺服系统的构成

3.2伺服控制思想

3.3伺服电机选择

3.4控制器设计

3.5控制系统精度影响

3.6控制系统仿真

3.7本章小结

第四章 导航与控制系统实验初步研究

4.1 PSD精度实验

4.2伺服电机调试实验

4.3本章小结

第五章 结 论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢