低重力模擬器吊索張力控制算法研究.pdf

1、在深空探測技術(shù)迅速發(fā)展的今天，星球巡視器在整個深空探測領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用將是不可或缺的按照國際慣例，巡視器發(fā)射前必須在地面上檢驗其動力性能是否能夠滿足實際的要求。所以，大型低重力模擬設(shè)備將是驗證巡視器動力性能的不二選擇。本課題來源于中國航天科技集團(tuán)的一個科研項目，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現(xiàn)在地

2、面的低重力模擬。本文首先概括了國內(nèi)外常用的低重力模擬方法并且重點介紹了吊索式低重力模擬系統(tǒng)的特點。根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求設(shè)計出合適的伺服機(jī)構(gòu)并分析了其工作機(jī)理。通過系統(tǒng)辨識和機(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。
　　針對伺服系統(tǒng)中的非線性因素，重點分析了對伺服系統(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，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，有利于實現(xiàn)兩臺交流力矩電機(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)之上通過增加擾動觀測器進(jìn)行摩擦補償從而使得系統(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，采用平衡降階的方法對高階控制器進(jìn)行降階得到了與原控制器性能接近但便于工程實現(xiàn)的低階控制器，解決了H∞控