懸吊式宇航員低重力模擬系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及控制分析.pdf

1、宇航員的地面訓(xùn)練是載人航天任務(wù)實(shí)施的重要準(zhǔn)備。以阿波羅探月任務(wù)為標(biāo)志，任務(wù)中要求宇航員在特殊的太空環(huán)境下：移動(dòng)軌跡愈加精確；活動(dòng)范圍愈加寬廣；操作技巧愈加高超。在此背景下，在地面模擬太空的低重力環(huán)境，訓(xùn)練宇航員艙外活動(dòng)技能愈發(fā)重要。中、美、俄和歐盟等航天強(qiáng)國在地面低重力模擬方面的進(jìn)行了大量研究，其中對(duì)于宇航員艙外活動(dòng)的低重力模擬主要依靠水浮和失重飛行等被動(dòng)方法，宇航員訓(xùn)練時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速度受到限制，不足以滿足未來任務(wù)的需求。隨著電機(jī)、傳感器

2、及控制技術(shù)的進(jìn)步，在宇航員艙外活動(dòng)訓(xùn)練中運(yùn)用懸吊法主動(dòng)的跟蹤宇航員運(yùn)動(dòng)，提供高精度重力補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)成為可能。
　　首先，本文對(duì)宇航員多剛體鏈?zhǔn)侥Ｐ徒⒘酥亓ρa(bǔ)償模型，得到了完整的補(bǔ)償力約束條件。在補(bǔ)償力約束條件下，限定補(bǔ)償力數(shù)目、作用點(diǎn)和方向，得到了一組單吊索重力補(bǔ)償模型的解。對(duì)應(yīng)的提出宇航員運(yùn)動(dòng)中單吊索重力補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)原理。分析宇航員訓(xùn)練中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，完成懸吊式宇航員低重力模擬系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，確定單吊索重力補(bǔ)償可以高保真實(shí)現(xiàn)宇航員

3、行走，奔跑以及空間機(jī)動(dòng)的低重力模擬訓(xùn)練。
　　其次，根據(jù)宇航員運(yùn)動(dòng)的兩種狀態(tài)，分別建立了對(duì)應(yīng)的宇航員-隨動(dòng)懸吊系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。面向隨動(dòng)控制方法研究，統(tǒng)一了隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型和控制目標(biāo)。并通過數(shù)字仿真對(duì)建立的模型完成了動(dòng)力學(xué)特性分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)宇航員-隨動(dòng)懸吊系統(tǒng)存在未知擾動(dòng)、耦合和非線性的動(dòng)力學(xué)特性。
　　最后，依據(jù)建立的的動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)用部分反饋線性化方法設(shè)計(jì)了穩(wěn)定的非線性隨動(dòng)控制器。在ADAMS中搭建設(shè)計(jì)的模擬系統(tǒng)，