基于MicroSim仿真平台的航天器交会对接物理仿真系统

航天器交会对接物理仿真是进行交会对接技术地面试验和验证的一种行之有效的方式,本文初步分析了利用微小卫星五自由度仿真平台M icroSim实现交会对接过程中测量方案、制导和控制策略以及GNC软件系统性能等仿真验证的物理仿真系统的可能性,简要介绍了M icroSim仿真平台,提出基于M icroSim仿真平台的航天器交会对接物理仿真系统总体方案。为建立我国的RVD物理仿真系统提供了一条快速低廉的有效途径。     

柔性锥-杆式对接机构碰撞过程仿真研究

以中小型航天器普遍采用的锥-杆式对接机构为研究对象,提出一种柔性对接锥作为缓冲系统的方案,用柔性锥变形吸收撞击能量作为缓冲。用有限元法对碰撞过程进行仿真,讨论了柔性对接锥作为缓冲系统的性能对对接过程的影响。仿真结果表明:与普通对接锥相比,柔性锥能减小碰撞力峰值50%多。     

空间对接过程的仿真研究

分析了内翻式异体同构周边式对接机构的接触形式，控制模型和力学模型，建立了对接过程的动力学仿真模型。利用试验数据对该模型进行了验证，并在此基础上进行对接过程的仿真研究。     

对接动力学仿真试验台再现频率指标验证

为验证对接动力学仿真试验台再现对接动力学过程中频率0~6 Hz相对运动的能力,用弹性棒方案再现频率0~6 Hz的碰撞过程,由建模与设计计算选定弹性棒的悬臂长度、刚度和航天器质量等设计参数,仿真分析了碰撞过程的接触碰撞力、变形量与速度,以及再现频率等的影响。结果表明:设计参数合理,精度考核方案可行。     

针对不同目标时对接机构适应性研究

讨论了对接过程的动力学模型、与不同质量飞行器对接过程的特点，以纵向性能为例，提出了缓冲性能参数与对接初始条件组合设计，使对接机构能够适应不同对接飞行器质量特性的要求。仿真结果表明，该方法是可行的。     

交会对接仿真实验方案的研究

提出一种地面交会对接仿真实验方案。其中，由ＣＣＤ相机、三轴位置及三轴姿态转台系统模拟追踪器；由三轴转台及五点光源系统模拟目标器。通过ＣＣＤ相机获取目标五点光源的视频信息，并由视频处理机和计算机进行快速处理。追踪能快速算出目标器的位置和姿态，然后通过伺服系统和执行机构准确跟踪目标。建立了交会对接过程的数学模型，通过仿真验证了模型的有效性。     

一种空间对接机构的简化建模方法及其在实验舱侧向再对接中的应用

针对异体同构周边内翻式对接机构，从详细的传动原理及工程实践两方面说明可以建立简化的对接机构缓冲系统模型，既不损失对接机构性能特点，且简化了模型实现和计算。基于此，建立转位机构辅助实验舱侧向再对接仿真模型，给出仿真结果，并与试验结果进行对比，对比的数值和趋势一致性较好，运动量的误差值小于10%，模型仿真结果可以作为空间站侧向再对接流程设计的依据。这种简化的对接机构模型也可以用于机械臂辅助再对接动力学过程建模。     

周边式对接机构对接捕获阶段的三体力元动力学模型

在空间交会对接过程中，从首次接触碰撞到完成捕获这一阶段称为对接捕获阶段，对对接捕获阶段动力学性态的研究是空间交会对接技术的关键，建立动力学模型进行仿真是研究的一个有效途径。以有内导向瓣异体同构周边式对接机构为研究对象，从机构的物理模型出发建立了对接捕获阶段的三体力元模型。该模型考虑了缓冲系统六个方向之间的耦合和缓冲系统中齿轮等转动部件惯量的影响。并在动力学仿真软件DADS的接口上开发相应的用户模块。在DADS平台上完成对接过程的动力学仿真。     

空间对接机构的自适应控制和控制参数优化

空间对接广泛采用Stewart并联机构。用液压Stewart平台模拟对接机构，以研究对接过程的控制。为了获得更好的性能，要求各个液压缸的动态特性以及它们本身的正反向特性相同，对可变负载有鲁棒性，系统过阻尼，调节时间要尽量短。选用模型参考自适应控制（MRAC）很好的解决了这些问题。采用Narendra方案，利用非对称液压缸正反向模型仿真，初步确定控制参数。采用遗传算法对自适应控制器参数进行优化。实验结果表明，控制效果满足要求。     

主动控制式对接机构对接预捕获阶段的仿真

介绍了主动控制式对接机构对接的基本操作过程，并以具有六个作动阻尼器的主动接制式对接机构为例，对对接预捕获阶段作了详细的研究。 该阶段两对接飞行器的运动方程，给出了作动／阻尼器为满足捕获条件所需达到的长度的计算方法，设计了控制回路，在此基础上作了数值仿真。仿真结果表明，建立的数学模型是正确的，设计的控制系统控制效果良好。     

对接动力学试验台的建模与仿真研究

对接动力学试验台采用半物理仿真的方法实时模拟空间两个飞行器在设定对接初始条 件下的对接动力学过程。本文应用EASY5和ADAMS建立了包括机构动力学模型、飞行器对接动 力学解算、轨迹规划解算及运动模拟器位姿反解与液压伺服油缸等组成的对接动力学试验台 系统联合仿真模型。进行组合初始姿态偏差对接仿真,通过仿真结果对比,验证了试验台数 学模型的正确性。进行试验台精度考核仿真,再现了影响试验台精度的主要因素。该模型为 试验台研制与调试提供了重要的依据。
     

航天器对接中接近至首次接触阶段的数值仿真

确定接触点问题是航天器对接过程中接近与接触阶段的仿真的关键问题。以内导向瓣异体同构周边式对接机构为例，给出了确定接触点的方法，建立了确定接触点的数学模型、接近与接触阶段两航天器的刚体运动方程，并对接近与接触阶段进行了数值仿真。仿真结果表明：所建立的数学模型和动力学方程是正确的。     

面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

面向在轨伸出式靠泊加注任务，针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题，提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先，推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式，通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后，将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计，得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力，形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比，所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%，更适用于在轨靠泊加注任务。     

空间交会对接的双脉冲最优控制

本文首先利用交会对接的固有动力学特性，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。本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。最后通过大量数学仿真，比较各种初始条件下的交会对接动力学特性和燃料消耗。     

共面快速受控绕飞轨迹设计与控制

绕飞运动在航天器在轨服务与在轨支援、辅助航天员舱外活动、航天器编队飞行、空间交会对接等空间活动中具有重要应用。分析了快速受控绕飞的可行性和主要过程，建立了适用于目标航天器运行在圆轨道上的共面快速绕飞和进入绕飞与退出绕飞的轨迹设计模型，采用多速度脉冲控制方法和等角度，等时间控制方式对绕飞轨迹进行控制。仿真计算结果表明所提出的快速受控绕飞轨迹设计模型和控制方法可以实现对圆轨道目标航天器的共面快速受控绕飞。     

对接机构隔框锁的接触碰撞动力学研究及仿真

为了给空间对接飞行器提供地面试验的参考依据。验证隔框锁结构设计的正确性和对接过程的可行性。本文针对隔框锁实例，在其运动平面内以均匀B样条曲线抉合锁钩外轮廓。并建立起接触碰撞动力学微分方程和仿真模型，分析了刚体碰撞的过程，刚性接触的单边约束条件和考虑变形接触的法向计算方法，文章还提出了基于几何引擎的接触点的实时判别算法，并给出了对接完成锁钩的接触力，动能及动量的仿真曲线图。计算过程稳定，所得结果合理，具有重要的参考价值。