懸吊式宇航員低重力模擬系統(tǒng)動力學(xué)建模及控制分析.pdf

1、宇航員的地面訓(xùn)練是載人航天任務(wù)實施的重要準(zhǔn)備。以阿波羅探月任務(wù)為標(biāo)志，任務(wù)中要求宇航員在特殊的太空環(huán)境下：移動軌跡愈加精確；活動范圍愈加寬廣；操作技巧愈加高超。在此背景下，在地面模擬太空的低重力環(huán)境，訓(xùn)練宇航員艙外活動技能愈發(fā)重要。中、美、俄和歐盟等航天強國在地面低重力模擬方面的進(jìn)行了大量研究，其中對于宇航員艙外活動的低重力模擬主要依靠水浮和失重飛行等被動方法，宇航員訓(xùn)練時間和運動速度受到限制，不足以滿足未來任務(wù)的需求。隨著電機、傳感器

2、及控制技術(shù)的進(jìn)步，在宇航員艙外活動訓(xùn)練中運用懸吊法主動的跟蹤宇航員運動，提供高精度重力補償?shù)南到y(tǒng)實現(xiàn)成為可能。
　　首先，本文對宇航員多剛體鏈?zhǔn)侥Ｐ徒⒘酥亓ρa償模型，得到了完整的補償力約束條件。在補償力約束條件下，限定補償力數(shù)目、作用點和方向，得到了一組單吊索重力補償模型的解。對應(yīng)的提出宇航員運動中單吊索重力補償?shù)膶崿F(xiàn)原理。分析宇航員訓(xùn)練中的運動狀態(tài)，完成懸吊式宇航員低重力模擬系統(tǒng)方案設(shè)計，確定單吊索重力補償可以高保真實現(xiàn)宇航員

3、行走，奔跑以及空間機動的低重力模擬訓(xùn)練。
　　其次，根據(jù)宇航員運動的兩種狀態(tài)，分別建立了對應(yīng)的宇航員-隨動懸吊系統(tǒng)的動力學(xué)模型。面向隨動控制方法研究，統(tǒng)一了隨動系統(tǒng)的動力學(xué)模型和控制目標(biāo)。并通過數(shù)字仿真對建立的模型完成了動力學(xué)特性分析和驗證，發(fā)現(xiàn)宇航員-隨動懸吊系統(tǒng)存在未知擾動、耦合和非線性的動力學(xué)特性。
　　最后，依據(jù)建立的的動力學(xué)模型，運用部分反饋線性化方法設(shè)計了穩(wěn)定的非線性隨動控制器。在ADAMS中搭建設(shè)計的模擬系統(tǒng)，