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，各種航天設備的工作要求也變得愈加復雜而精細。由于受力環(huán)境的不同，航天設備在宇宙太空中的動力學特性與在地球表面截然不同，因此，為了保證航天設備在軌運行的可靠性，需要對航天設備所處的微重力力學環(huán)境進行模擬。
　　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，并據(jù)此提出了以六維 Stewart構(gòu)型為基本機構(gòu)形式的半物理仿真系統(tǒng)，進而模擬空間六維的微重力環(huán)境。
　　

2、為了對機構(gòu)設計、尺寸優(yōu)化以及控制策略分析提供理論依據(jù)，對微重力模擬試驗平臺的反向運動學進行了分析計算，然后采用凱恩方法建立了該平臺的逆向動力學模型，并將動力學的計算結(jié)果以成矩陣的形式表達，進而提升計算效率。編寫了相應的動力學計算程序，并進行了相關的仿真驗證。
　　根據(jù)微重力實驗平臺最小工作范圍、高精度和高負載的要求，提出了球形工作空間半徑、全局靈巧度和全局負載指數(shù)這三個目標函數(shù)。為了保證平臺運動性能和動態(tài)特性與結(jié)構(gòu)尺寸的量綱無關，

3、對平臺雅可比矩陣進行了無量綱化操作。針對三個性能指標，采用多目標進化算法NSGA-2對平臺的構(gòu)型參數(shù)進行了優(yōu)化。
　　微重力模擬主要原理是通過力傳感器測量實驗物體受到的外力和外力矩，并據(jù)此實時計算模擬目標在此負載下的運動規(guī)律，然后驅(qū)動六自由度平臺來復現(xiàn)此運動規(guī)律。為了實現(xiàn)高負載，高精度的微重力模擬，提出了采用氣缸與電機滾珠絲杠并聯(lián)作為六維微重力平臺支腿的方案。其中，氣缸主要負責補償實驗物體的重力，電機驅(qū)動滾珠絲杠來實時控制整個平臺