【摘 要】
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随着航天技术的进步,星球探测器将起到越来越重要的作用。在星球探测器发射前利用低重力模拟系统对其进行地面验证是必不可少的环节。本课题来源于承接的某航天院所科研项目,
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随着航天技术的进步,星球探测器将起到越来越重要的作用。在星球探测器发射前利用低重力模拟系统对其进行地面验证是必不可少的环节。本课题来源于承接的某航天院所科研项目,受“中国博士后科学基金资助项目”(20090460903)和“黑龙江省博士后基金”(LRB 08-585)的支持,主要内容是理论设计上述所用系统中的恒拉力控制系统。恒拉力控制系统作为地面验证试验的核心部件之一,要求驱动部件在探测器受到地面扰动时能够始终提供恒定的拉力抵消重力,完成对于星面低重力环境的模拟。该系统的最基本要求就是在给定扰动信号输入下系统输出拉力误差在指标范围内。本文首先概括了国内外多个类似系统的特点并进行了简要分析,然后根据恒拉力系统的性能指标,确定了驱动部件和整体系统的机械结构方案,在此基础上建立了整个系统的理想模型,并对系统模型的特点进行了分析。系统的驱动采用的是力矩电机,吊索加缓冲机构的方案,因此电机参数以及吊索振动特性等对指标的影响较大。本文通过力矩电机的数学模型概括了电机参数对系统指标的影响,对吊索的横振和纵振引起的拉力波动进行了初步探索,并对引入的缓冲机构的建模和分析。实际电动伺服系统的传动部件和电机的转动惯量以及负载重量都较大,而且实际吊索存在挠性,本文分析了多个规格吊索材料的横振和纵振频率的基频,按照最佳传动比设计原则对系统的传动比选取提供了参考。对机电伺服系统机械谐振问题产生的原因进行了分析,并对常见抑制措施进行了总结和对比。根据卵石地面功率谱密度,我们对地面位置干扰的进行了估计,并利用仿真软件生成了模拟地面干扰信号。根据方案设计,提出了双电机粗精耦合的方案,对该方案的控制策略进行了分析和设计,解决了大小两个电机的工作配合问题,最后按照单回路系统进行整个闭环系统的设计,通过设计合理的控制参数最终取得了满意的仿真分析结果,为后续实际工程的开展奠定了理论基础。
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