空间对接综合试验台及其Stewart运动平台的轨迹规划研究

摘要

本论文所研究的问题来源于上海市科委科技发展基金资助项目“空间对接半物理仿真试验台大回路控制系统的研究”（课题批准号：03QG14027）。文章主要研究内容包括如下方面： 1、空间交会对接系统的研究。介绍空间交会对接技术的基本概念，分析了空间对接及其仿真技术研究的国内外研究现状；讨论我国研究空间对接及其仿真相关技术的必然性，研究了飞行器空间对接的基本过程和所涉及到的关键技术。 2、空间对接综合试验台原理的研究。研究了空间对接仿真综合试验台完成的主要功能、组成环节、设备体系和基本原理，并且分析了仿真试验台的性能指标，提出了研制空间对接试验台的改进措施。 3、综合试验台大回路控制系统的控制模式 。分析对接综合试验台大回路控制系统的攻关研究的必要性，研究了大回路控制系统的基本组成,控制模式的确定和各自模式的基本控制特点，进一步，通过轨迹规划方法比较研究，明确轨迹规划环节作为试验台大回路控制系统的重要部分，提出并分析了空间对接系统半物理仿真Stewart运动平台的轨迹规划研究的主要策略和途径。 4、Stewart运动平台的结构优化及其工作空间的研究。运动平台是对接试验台的重要组成部分，通过介绍Stewart运动平台的基本结构和特点，Stew art平台的典型应用，分析其位置正解和位置反解的基本方法和数学模型；通过介绍运动平台工作空间的表示方法，分析影响工作空间的基本因素,在此基础上，通过介绍运动平台的基于雅可比条件数的灵敏度的定义，研究了优化平台结构时，如何考虑灵敏度和工作空间的关系。 5、Stewart平台的运动学研究。分析了六自由度Stewart平台的运动学性能，包括其速度反解和加速度反解的解析表达，针对一定参数的对接试验台的Stewart运动平台，按照设定的两种运动规律，利用MATLAB仿真求取其位置、速度和加速度反解变化曲线，并进行分析。 6、Stewart运动平台轨迹规划的研究。首先研究空间对接仿真的基本方法和流程，其次再以空间交会对接综合试验台为研究对象，针对特定的对接初始条件，应用一种基于加速度的Stewart运动平台轨迹规划模型,进行深入研究.结果表明规划模型能精确实现Stewart运动平台从初始零位运动到对接机构的初次接触位置,最后使得平台姿态与对接试验的初试条件完全吻合。