航天器自旋人工重力場(chǎng)中航天員行走動(dòng)力學(xué)與控制研究.pdf

1、隨著人類航天技術(shù)的迅速發(fā)展和太空探索的不斷深入，人工重力技術(shù)越來(lái)越受到各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的重視。本文針對(duì)航天器自旋人工重力場(chǎng)中航天員行走動(dòng)力學(xué)與控制進(jìn)行了研究。
　　本文首先對(duì)地面上人體的行走過程進(jìn)行了分析，建立了慣性系下的剛性三連桿人體行走模型，定義了系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)，計(jì)算了系統(tǒng)模型的動(dòng)能和勢(shì)能，并利用Lagrange方程推導(dǎo)出了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。
　　然后，通過分析航天員在自旋人工重力航天器中的行走過程，建立了自旋人工重力航天器

2、的簡(jiǎn)易模型以及航天員在其艙內(nèi)行走時(shí)的三連桿模型，分析了人工重力環(huán)境下重力梯度效應(yīng)和行走時(shí)受到的科氏力對(duì)三連桿模型的影響，利用Lagrange方程建立了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，并利用MATLAB對(duì)航天員的行走過程進(jìn)行了仿真分析。在進(jìn)行仿真分析時(shí)，選擇了適合作為人體行走模型數(shù)值仿真的控制算法，能夠比較好地接近真實(shí)人體行走中采用的控制策略。通過數(shù)值仿真分析，得到了三連桿模型的運(yùn)動(dòng)軌跡和受到的科氏力，說明了航天員在自旋航天器艙內(nèi)行走時(shí)，所受到的科氏力

3、不容忽視。
　　最后，為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文中建立的自旋人工重力航天器中的三連桿人體行走模型的動(dòng)力學(xué)方程的正確性，引入了虛擬樣機(jī)技術(shù)。在ADAMS中建立了自旋人工重力航天器及其內(nèi)部三連桿人體行走模型的虛擬樣機(jī)仿真模型，通過ADAMS與MATLAB的數(shù)據(jù)接口，構(gòu)建了ADAMS與MATLAB的聯(lián)合仿真平臺(tái)，完成了航天器自旋人工重力環(huán)境下的三連桿人體行走模型的數(shù)值仿真分析。通過與前面的數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者的仿真結(jié)果相吻合，證明了本