基于嵌入式的恒拉力系統(tǒng)研究.pdf

1、在當(dāng)今中國，深空探測技術(shù)的發(fā)展在不斷的深入，會有越來越多的航天器被送入太空或送入星球，航天器也會從以姿態(tài)較少的衛(wèi)星為主轉(zhuǎn)向各種靈活的便于實(shí)現(xiàn)諸多功能的登錄或作業(yè)機(jī)器為主。在這之中如果能有一套模擬機(jī)構(gòu)在陸地上通過模擬外太空的重力環(huán)境來評價(jià)航天器的動力學(xué)性能顯得尤為重要。通常的做法是使用一套低重力模擬裝置來模擬低重力環(huán)境。而吊索式低重力模擬器由于不限制航天器大小，模擬時間任意，可滿足動態(tài)性能等優(yōu)點(diǎn)可以勝任測試航天器動態(tài)性能的任務(wù)。在整個吊索

2、式低重力模擬器中，吊索是與航天器直接相連的，它直接提供豎直方向的拉力，它在豎直方向的跟隨顯得尤為重要。本課題依托于航天院所項(xiàng)目，旨在為整個低重力模擬系統(tǒng)提供一套既能提供恒拉力，又能抵消航天器豎直方向移動的一套系統(tǒng)。
　　與航天器相連的吊索部分是由力矩電機(jī)直接驅(qū)動的。這樣對電機(jī)的控制顯得尤為重要。本論文對于控制器設(shè)計(jì)方面解決的問題主要有兩個方面：其一是系統(tǒng)的建模，能否運(yùn)用物理學(xué)等效建立起與實(shí)際系統(tǒng)相近并且方便進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的模型是至

3、關(guān)重要的，對于系統(tǒng)中鋼絲繩部件，分別采用了剛性等效，彈性等效，微元等效法建立模型來近似實(shí)際系統(tǒng)；其二是控制器設(shè)計(jì)，在模型建立的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，由于該控制器會在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，所以對于控制器設(shè)計(jì)的要求是階數(shù)盡量低并且滿足給定指標(biāo)要求。本論文采用頻域法針對模型二和模型三進(jìn)行控制并使其能滿足給定指標(biāo)。
　　在工程實(shí)現(xiàn)方面，傳統(tǒng)的控制器實(shí)現(xiàn)方案是工控機(jī)加板卡。這種實(shí)現(xiàn)方案由于用戶界面良好，實(shí)時性好，開發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)一直很受工程領(lǐng)域

4、的青睞。但它也存在一些缺陷。包括程序后門造成的保密性方面的考量，系統(tǒng)體積過大，不便移動，可擴(kuò)展性受控于板卡種類等。本課題將做出一套全新的嵌入式控制器，該控制器采用強(qiáng)大的處理芯片，從而使其具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力與運(yùn)算速度；板子構(gòu)造采用子板插底板的方式，不同PCB電路板之間功能耦合做到最低，利于板子的擴(kuò)展。此外，該項(xiàng)目板將加入多種輸入輸出接口，包括CAN，AD/DA，數(shù)字IO，profibus，以太網(wǎng)，串口等接口，這樣就保證了該控制板的通用性。