| 题名 | 绳系收放半物理试验关键技术研究 |
| 作者 | 杜木雄 |
| 答辩日期 | 2021-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 贺云 |
| 关键词 | 绳系收放装置 动力学建模 张力切换控制 半物理仿真试验 |
| 学位名称 | 专业学位硕士 |
| 其他题名 | Research on key technology of semi-physical test for rope retraction and release |
| 学位专业 | 控制工程 |
| 英文摘要 | 近年来，各国争相开发利用太空资源，卫星发射升空数量不断增多，卫星性能失效、碰撞等事故发生率增大，随之产生大量太空垃圾。主动星利用绳网系统捕捉废弃星并拖曳离轨，是清除太空垃圾的有效方法之一，其操作简单，操作距离可长达上百米。空间绳系收放装置需进行地面仿真试验，以验证其控制策略的有效性。针对地面难以模拟太空失重环境而不易开展全物理试验的问题，开展绳系卫星收放半物理试验关键技术研究。首先，进行空间绳系卫星系统地面半物理仿真试验的需求分析，分析利用地面半物理试验以验证主动星绳系收放机构可行性的工程意义。设计绳系收放半物理试验加载装置,以此作为被拖曳的废弃星模拟器。试验过程中，将卫星拖曳动力学和绳系动力学以数学模型的形式引入仿真回路，将主动星绳系收放装置与废弃星模拟器的绳系拖曳部分以物理模型的方式引入仿真回路，共同组成数学模型+物理模型的半物理闭环仿真回路。其次，使用拉格朗日方程对绳系卫星系统进行轨道拖曳动力学建模、使用牛顿-欧拉方程进行姿态动力学建模、使用珠子模型进行绳系动力学建模，并设计主动星绳系收放机构的张力切换控制器。再次，设计基于模糊PID的闭环位置输出控制器，simulink仿真和试验验证所提出方法可使废弃星模拟器的位置输出误差率小于5%，可用于半物理试验中作为被动端进行位置输出；设计非线性PID张力保持控制器，实验验证废弃星模拟器的输出张力保持误差率小于9%。最后，搭建绳系收放试验simulink闭环仿真框图，通过不同初始工况进行模拟，结果表明系统可实现张力稳定控制，半物理试验方案原理正确；开展手动拖曳废弃星模拟器试验和张力切换控制半物理试验，试验结果表明两星间的相对位移与simulink仿真结果相近，绳系间张力与控制指令误差较小，采用半物理试验方式可以有效验证主动星收放机构的控制性能。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 75页 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/28963]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_装备制造技术研究室 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杜木雄. 绳系收放半物理试验关键技术研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
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