六自由度微重力模擬平臺的構(gòu)型優(yōu)化和控制方案研究.pdf

1、隨著航天技術(shù)水平的不斷發(fā)展和提高，各種航天設(shè)備的工作要求也變得愈加復(fù)雜而精細(xì)。由于受力環(huán)境的不同，航天設(shè)備在宇宙太空中的動力學(xué)特性與在地球表面截然不同，因此，為了保證航天設(shè)備在軌運(yùn)行的可靠性，需要對航天設(shè)備所處的微重力力學(xué)環(huán)境進(jìn)行模擬。
　　本文針對國內(nèi)外不同類型的微重力模擬方式做了分析對比，總結(jié)了各種模擬方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并據(jù)此提出了以六維 Stewart構(gòu)型為基本機(jī)構(gòu)形式的半物理仿真系統(tǒng)，進(jìn)而模擬空間六維的微重力環(huán)境。
　　

2、為了對機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸優(yōu)化以及控制策略分析提供理論依據(jù)，對微重力模擬試驗(yàn)平臺的反向運(yùn)動學(xué)進(jìn)行了分析計(jì)算，然后采用凱恩方法建立了該平臺的逆向動力學(xué)模型，并將動力學(xué)的計(jì)算結(jié)果以成矩陣的形式表達(dá)，進(jìn)而提升計(jì)算效率。編寫了相應(yīng)的動力學(xué)計(jì)算程序，并進(jìn)行了相關(guān)的仿真驗(yàn)證。
　　根據(jù)微重力實(shí)驗(yàn)平臺最小工作范圍、高精度和高負(fù)載的要求，提出了球形工作空間半徑、全局靈巧度和全局負(fù)載指數(shù)這三個(gè)目標(biāo)函數(shù)。為了保證平臺運(yùn)動性能和動態(tài)特性與結(jié)構(gòu)尺寸的量綱無關(guān)，

3、對平臺雅可比矩陣進(jìn)行了無量綱化操作。針對三個(gè)性能指標(biāo)，采用多目標(biāo)進(jìn)化算法NSGA-2對平臺的構(gòu)型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　微重力模擬主要原理是通過力傳感器測量實(shí)驗(yàn)物體受到的外力和外力矩，并據(jù)此實(shí)時(shí)計(jì)算模擬目標(biāo)在此負(fù)載下的運(yùn)動規(guī)律，然后驅(qū)動六自由度平臺來復(fù)現(xiàn)此運(yùn)動規(guī)律。為了實(shí)現(xiàn)高負(fù)載，高精度的微重力模擬，提出了采用氣缸與電機(jī)滾珠絲杠并聯(lián)作為六維微重力平臺支腿的方案。其中，氣缸主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)物體的重力，電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來實(shí)時(shí)控制整個(gè)平臺