空间对接机构差动式缓冲阻尼及传动系统力学特性研究

空间对接机构差动式缓冲阻尼及传动系统的模化是航天器对接动力学中的核心内容之一,本文在分析该系统运动学原理的基础上研究系统的动力学特性,给出了精确的动力学模型,进行对接动力学仿真研究。      

对接机构缓冲系统性能对对接过程的影响研究

缓冲系统的性能是决定对接过程的动力学特性、对接机构的性能以至对接成败的重要因素。在尚不具备试验条件的情况下,利用计算机对对接过程做动力学仿真是检验和校正所设计的缓冲系统性能参数、评定所设计的缓冲系统性能的有效方法。文章以具有机电混合缓冲系统的内翻式异体同构周边对接机构为研究对象,通过对对接过程的动力学仿真,着重研究了缓冲系统的性能对对接过程的影响。所得结论为缓冲系统的工程设计提供了依据。     

考虑缓冲装置惯性及接触变形的对接动力学仿真研究

为了使对接动力学数值仿真更准确、全面地反映对接过程的动力学特性，针对具有异体同构周边式对接机构的两飞船组成的对接系统，建立了考虑缓冲装置惯性及接触变形的对接动力学数学模型。概述了接触点类型及确定接触点的几何学模型，描述了缓冲装置模型、接触力模型及运动方程，并进行了数值仿真。最后将仿真结果与未考虑上述两因素的仿真结果进行了对比分析。     

差动式机电缓冲阻尼系统受轴向力时动力学模型

研究了空间对接机构差动式机电缓冲阻尼系统受轴向力时的运动学和动力学,找出捕获环平动速度与丝母转速的精确关系式,导出运动约束方程和动力学方程,并就其简化方程求出精确解.     

空间对接动力学仿真软件DODASS及其工程应用

首先简要阐述了研究空间对接动力不的目的意义，主要技术难点和攻关内容及其数学模型建立的方法和步骤；然后重点介绍了基于周边式对接机构系统的空间对接动力学模型而开发成功的ＤＯＤＡＳＳ分析仿真软件及其工程应用的初步仿真曲线；最后给出了可供工程设计参考的初步结论。     

基于代码自动生成的空间交会GNC系统仿真平台

空间交会对接GNC系统涉及目标器和追踪器两个航天器的姿态轨道控制,其数学仿真比一般的卫星更复杂.给出一种轨道动力学、姿态动力学、相对动力学、测量及执行部件等仿真模型的规范化方法,并在此基础上,提出一套基于代码自动生成技术的空间交会对接GNC仿真平台,该平台的模块化和自动化程度高、软件的可读性和通用性强,实现了两个航天器的快速规范化仿真,显著提高了研究人员的工作效率,为空间交会GNC系统的设计和仿真提供了良好的支持.     

空间站柔性机械臂辅助舱段对接动力学分析

为验证空间站柔性机械臂系统在有初始位置、姿态误差的情况下能否成功完成辅助舱段对接任务,文章建立了空间站柔性机械臂辅助舱段对接动力学模型,模型考虑了对接机构的接触碰撞,依据关节精细动力学模型、力矩控制方法和阻抗控制程序进行了空间柔性机械臂辅助舱段对接过程仿真。仿真结果表明,当关节输出端位置测量精度为17位时,依靠阻抗控制的方法,空间柔性机械臂在主动舱存在最大位置误差150mm,最大姿态误差2.5°的情况下仍能完成对接;对接成功后,空间柔性机械臂系统控制力迅速下降,仍然能较好地保持构型,不会影响对接舱段的安全。     

航天器对接接触过程撞击动力学分析

空间对接接触撞击过程动力学特性是载人航天空间对接机构研究设计的基础．本文针对先进而复杂的异体同构周边式对接机构,运用矢量力学方法和粘弹性理论,建立了航天器空间对接接触撞击过程动力学模型,给出了接触撞击载荷显示表达式,并结合工程问题算例进行了初步打靶计算和统计分析,取得了较为满意的统计结果．     

对卫星柔性对接补加一体化机构建模与设计

阐述了一种弱撞击交会条件的对接补加一体化机构.在机构设计上采用柔性杆实现软连接,刚性周边杆实现纠偏和刚性锁紧,阻尼装置吸收对接碰撞能量,并采用可浮动的气/液耦合和电气接口进一步实现高精度的气/液/电路连接.采用拉格朗日分析力学建立飞行器多体动力学模型,利用模态叠加法对碰撞过程柔性部件的变形进行描述,从而建立飞行器柔性对接动力学模型.多工况动力学仿真试验表面所设计的对接补加一体化机构可在0.25 m/s弱撞击速度范围,20 mm横向对接容差以及±5°角度容差范围内实现可靠对接.对接补加一体化装置完成样机研制,并在直线运动平台上完成对接性能和电路连接的多次试验,在专用补加系统上完成接口密封性和模拟推进剂传输试验.     

空间对接机构差动式缓冲系统运动特性分析

在分析异体同构周边式对接机构差动式缓冲系统传动、缓冲原理的基础上,利用高性能的图形工作站(SGI),以动力学仿真软件ADAMS为平台,建立了对接机构缓冲系统实时可视化数字样机模型,进行运动学仿真,分析机构的运动特性,给出仿真结果.     

服务航天器超近程逼近失控目标的建模与控制

为在轨服务任务中实施对失控目标的安全逼近与对接,开展了服务航天器超近程逼近过程的动力学与控制研究。通过引入描述相对运动构型变化的期望相对位置矢量和位置误差矢量,推导了一种新颖的相对轨道误差动力学模型;考虑对接机构安装位置及安装误差,并结合相对姿态动力学模型,建立了逼近过程的相对姿态轨道耦合动力学模型;根据逼近路径约束条件,设计了逼近过程的期望相对位置矢量导引律;基于相对姿态轨道一体化耦合动力学模型,设计了考虑未知有界干扰的自适应时变滑模控制律并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的全局稳定性。仿真结果表明,设计期望相对位置矢量导引律的方法能够实现逼近过程的相对运动构型变化控制,并且所设计的自适应时变滑模控制律具有较高的控制精度。     

交会对接动力学模型和动力学特性

首先研究和推导四种交会对接相对运动的动力学模型;其次分析这些模型特性,找出六组典型运动轨迹与初始条件的关系;最后对精确模型和近似模型进行动力学比较和分析。     

《空间控制技术与应用》选题大纲

<正>一、总体设计1.系统理论、系统工程、系统集成与一体化设计2.控制系统方案设计3.先进的控制理论和方法(自适应控制、智能控制、鲁棒控制、模糊控制、变结构控制、最优控制等)4.系统建模、系统辨识和状态估计二、制导、导航与控制1.自主导航与组合导航技术2.姿态动力学和轨道动力学3.姿态测量和姿态确定技术4.挠性结构动力学和控制5.姿态控制和轨道控制6.交会对接与返回再入技术     

空间交会对接双脉冲最优控制

首先利用交会对接固有动力学特性,施加第一脉冲推力使追踪器自动到达目标器位置;第二脉冲推力使两个飞行器相对速度降为零。这种控制称为双脉冲。该文根据双脉冲控制原理寻找燃料消耗最省的交会对接时间,最后还进行了大量数学仿真,比较各种初始条件下交会对接动力学特性和燃料消耗。     

面向小型自主航天器的锥-杆式对接机构锥面构型设计

对接锥是对接机构的重要组成部分,在碰撞过程中首先与主动对接机构相接触.比较小的锥角会造成系统在碰撞过程中发生剧烈振动,而比较大的锥角又会使系统的接触碰撞力增大,甚至造成对接失败.本文针对面向在轨服务的小型航天器上使用的锥——杆式对接机构,提出了新的对接锥型面设计目标;利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,仿真分析了对接机构碰撞后的运动学特性;通过研究对接锥的型面设计方法,得到了新型对接锥型面.研究结果表明,新型对接机构的整体性能满足设计目标要求.      

柔性机械臂辅助空间站舱段对接阻抗控制

空间机械臂辅助舱段对接过程中存在测量与控制误差,易导致对接机构间存在较大接触力,传统FMA (Force MomentAccommodation)控制方法在测量接触力时无法消除大负载惯性力对测量的影响,且测量仪器的引入会进一步降低空间柔性机械臂的刚度。为此,文章提出了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制方法,采用拉格朗日法推导了空间机械臂的关节输入力矩方程作为前馈输入,建立了含动力学前馈的空间机械臂阻抗控制程序,并以在商业软件ADAMS中建立的空间柔性机械臂与对接舱段组成的系统动力学模型作为控制对象,对系统进行ADAMS灢Matlab联合仿真。仿真结果表明,按照此控制方法,系统可克服外力干扰使目标解析点按照期望的方式运动;同时,通过测量机械臂关节运动参数即可实现对外力的准确感知,而不需额外添加力传感器,既消除了大负载惯性力对测量的影响,也不会导致柔性机械臂刚度的降低。     

空间对接机构碰撞试验系统的开发研究

为研究空间对接机构在对接过程中的碰撞现象,研制了碰撞试验系统.探讨了试验系统方案;依据Hertz弹性接触理论,仿真计算了加速度频率特性,确定了加速度传感器的选择原则;利用该系统开展了低速碰撞试验.试验结果表明,该系统能够满足测量对接碰撞力的要求.      

动力学奇点在漂浮基双臂空间机器人姿态无扰运动规划中的应用

讨论了载体位置、姿态均不受控制的双臂自由浮动空间机器人的无扰运动规划问题．结合系统的动量及动量矩守恒关系，证明了动力学奇点的存在，并导出了动力学奇点的数学解析求解公式．在此基础上，利用动力学奇点给出了双臂自由浮动空间机器人载体姿态无扰运动路径的规划设计方法．该方法有助于空间环境下遥控机械手辅助航天器对接等任务操作的运动规划。     

《空间控制技术与应用》选题大纲

正一、总体设计1.系统理论、系统工程、系统集成与一体化设计2.控制系统方案设计3.先进的控制理论和方法(自适应控制、智能控制、鲁棒控制、模糊控制、变结构控制、最优控制等)4.系统建模、系统辨识和状态估计二、制导、导航与控制1.自主导航与组合导航技术2.姿态动力学和轨道动力学3.姿态测量和姿态确定技术4.挠性结构动力学和控制5.姿态控制和轨道控制6.交会对接与返回再入技术7.深空探测与着陆技术8.编队飞行与星座控制技术9.拦截器制导与控制技术10.机器人动力学与控制技术11.天基信息系统和空间安全12.制导、导航和控制系统物理仿真     

《空间控制技术与应用》选题大纲

<正>一、总体设计1.系统理论、系统工程、系统集成与一体化设计2.控制系统方案设计3.先进的控制理论和方法(自适应控制、智能控制、鲁棒控制、模糊控制、变结构控制、最优控制等)4.系统建模、系统辨识和状态估计二、制导、导航与控制1.自主导航与组合导航技术2.姿态动力学和轨道动力学3.姿态测量和姿态确定技术4.挠性结构动力学和控制5.姿态控制和轨道控制6.交会对接与返回再入技术7.深空探测与着陆技术8.编队飞行与星座控制技术9.拦截器制导与控制技术10.机器人动力学与控制技术11.天基信息系统和空间安全12.制导、导航和控制系统物理仿真