重力平衡器及其DSP控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著航天領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,航天器空間對接技術(shù)已成為發(fā)展載人航天的關(guān)鍵技術(shù)之一.對接系統(tǒng)是高度復(fù)雜的系統(tǒng),在系統(tǒng)的各個研制階段,仿真技術(shù)是不可缺少的工具,是檢測設(shè)計正確與否的重要手段.六自由度對接動力學(xué)綜合試驗臺是實現(xiàn)空間交會對接的一個重要的地面試驗設(shè)備,其中對接環(huán)的重力平衡技術(shù)是試驗臺中一項急需解決的技術(shù).本文對力矩電機式重力平衡方案的機械組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的研究,對其DSP控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究,并對該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)深入的試驗驗證和試驗

2、結(jié)果分析.本文首先對前蘇聯(lián)繩鎖式對接環(huán)重力平衡技術(shù)和國內(nèi)某研究所目前采用的機械式重力平衡裝置進(jìn)行深入分析和研究,認(rèn)為雖然這兩種控制方案的技和設(shè)計思想都有可以借鑒的部分,但都不能完全符合我們的要求.力矩電機式重力平衡裝置的方案,是在借鑒和保留上述兩種方案的技術(shù)優(yōu)點和設(shè)計思想,并且認(rèn)真分析航天器對接過程的各個階段后提出的.因此比較后我們選用具有明顯優(yōu)勢的力矩電機式重力平衡器方案.由于重力平衡控制有實時、快速、高精度等方面的技術(shù)要求,電控系統(tǒng)

3、我們首次采用TMS320F240系列DSP進(jìn)行系統(tǒng)控制.本文完成了對基于DSP控制的重力平衡器機械裝置進(jìn)行硬件說明和部分修改,對控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型和電控系統(tǒng)搭建以及軟件開發(fā)的部分工作,最后對該系統(tǒng)進(jìn)行詳盡的試驗及試驗分析.重力平衡裝置采用力矩電機提供重力的平衡力是由于力矩電機具有堵轉(zhuǎn)工況下力矩穩(wěn)定輸出、響應(yīng)速度快、力矩波動小等特點.力矩閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有自動補償溫度和力矩波動功能,提高了裝置的精度.三桿球鉸機構(gòu)和鋼絲吊繩的采用,成功地解

4、決了對接環(huán)的三軸自由轉(zhuǎn)動.實驗臺支撐框架的設(shè)計保證鋼絲吊繩處于相對穩(wěn)定的位置.基于DSP的重力平衡器的控制系統(tǒng),具有實時性好、響應(yīng)速度快、控制精度高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點,很好的滿足了重力平衡器的控制要求.試驗結(jié)果表明,力矩電機式重力平衡裝置機構(gòu)合理,響應(yīng)速度快、精度高、隨動效果好,很好的滿足了試驗的技術(shù)要求.力矩電機式重力平衡裝置的應(yīng)用提高了對接機構(gòu)的試驗質(zhì)量.同時,此成果也為平衡器產(chǎn)品提供了一種新技術(shù).DSP集成控制在平衡器產(chǎn)品中的首次應(yīng)