低重力模擬器吊索張力控制算法研究.pdf

1、在深空探測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，星球巡視器在整個(gè)深空探測(cè)領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用將是不可或缺的按照國(guó)際慣例，巡視器發(fā)射前必須在地面上檢驗(yàn)其動(dòng)力性能是否能夠滿足實(shí)際的要求。所以，大型低重力模擬設(shè)備將是驗(yàn)證巡視器動(dòng)力性能的不二選擇。本課題來(lái)源于中國(guó)航天科技集團(tuán)的一個(gè)科研項(xiàng)目，主要內(nèi)容是為大型低重力模擬系統(tǒng)中的張力伺服子系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足工程性能指標(biāo)要求的控制算法。
　　張力伺服系統(tǒng)是低重力模擬系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，目的在于抵消巡視器的部分重力以實(shí)現(xiàn)在地

2、面的低重力模擬。本文首先概括了國(guó)內(nèi)外常用的低重力模擬方法并且重點(diǎn)介紹了吊索式低重力模擬系統(tǒng)的特點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求設(shè)計(jì)出合適的伺服機(jī)構(gòu)并分析了其工作機(jī)理。通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)和機(jī)理建模獲得了系統(tǒng)關(guān)鍵部件的數(shù)學(xué)模型，在忽略系統(tǒng)中的非線性因素下，獲得了多輸入多輸出系統(tǒng)的近似線性化的數(shù)學(xué)模型。
　　針對(duì)伺服系統(tǒng)中的非線性因素，重點(diǎn)分析了對(duì)伺服系統(tǒng)影響較大的三種非線性因素：吊索諧振、機(jī)械諧振以及庫(kù)倫摩擦，并且給出它們的近似數(shù)學(xué)模型或者上確界

3、。由于該系統(tǒng)具有多輸入多輸出以及上述非線性等特點(diǎn)，本文摒棄傳統(tǒng)的PID控制而直接采用H∞控制進(jìn)行多輸入多輸出設(shè)計(jì)，有利于實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)交流力矩電機(jī)的協(xié)同控制。為了克服伺服系統(tǒng)中的庫(kù)倫摩擦所產(chǎn)生的不利影響，在H∞控制器的基礎(chǔ)之上通過(guò)增加擾動(dòng)觀測(cè)器進(jìn)行摩擦補(bǔ)償從而使得系統(tǒng)獲得更好的控制精度。
　　由于H∞控制器階次高、不利于工程應(yīng)用的特點(diǎn)，采用平衡降階的方法對(duì)高階控制器進(jìn)行降階得到了與原控制器性能接近但便于工程實(shí)現(xiàn)的低階控制器，解決了H∞控