空间对接六自由度半物理仿真的研究

阐述了空间对接过程六自由度半物理仿真的方案，及其工程实现中的关键技术问题，给出了对接过程的运动数学模型，和伺服系统的动力学模型，通过仿真分析对该方案进行了评价。     

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。     

对接机构综合试验台运动模拟器建模分析

空间对接机构六自由度综合试验台，是对接机构研制所必须的地面试验设备之一，用于对接机构空间对接过程的仿真试验，全面考核对接机构的捕获与缓冲校正能力。利用虚功原理建立了对接机构综合试验台运动模拟器的多体动力学模型，该模型全面地表征了六自由度运动模拟器的动力学特性，且具有简单、通用的形式，对六自由度运动平台的液压驱动系统进行了建模，从而建立六自由度运动模拟器系统模型。在建立该模型的基础上，使用Simulink对运动模拟器的位置跟踪特性进行了仿真分析，结果表明所设计的控制系统满足工程试验的需求。     

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。
     

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。     

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。     

对接机构动力学仿真

以神舟飞船的对接机构为研究对象,介绍了不同研制阶段仿真的任务规划,给出了研究中的对接机构仿真分析的捕获缓冲参数设计、数字样机、对接过程动力学仿真评估、试验验证与模型修正,以及对接动力学试验等。     

航天器爪型对接机构对接过程动力学仿真分析

航天器对接机构是完成空间在轨对接任务的核心机构,要保证成功完成对接任务,必须清楚掌握其对接过程动力学作用机理与表现。文章针对爪型对接机构的对接过程开展动力学研究,建立了考虑对接过程中的接触、摩擦及碰撞等非线性因素的对接机构动力学模型,进行对接过程的全程动力学仿真模拟,详细分析了对接过程的影响因素与作用机理,并从能量角度分析了缓冲器的工作性能,可为爪型对接机构的设计、对接初始条件确定和控制策略的制定提供参考。     

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。     

空间对接机构技术及其研制

给出了空间对接机构的传动缓冲、捕获、连接密封、结构与附件，以及控制等子系统的组成和功能，阐述了对接和分离基本过程。以及其中的备份操作。分析了对接机构的总体设计、动力学仿真、部件研制和地面试验等关键技术。     

卫星对接环减振装置设计与验证

针对相同平台卫星不能满足多种运载力学环境的问题,设计了一种对接环减振装置并进行了试验验证。首先通过分析卫星对接环功能特点,结合金属橡胶材料减振方式,设计了对接环减振装置,构建了卫星-对接环减振系统的动力学模型;然后通过正弦与随机振动试验验证了设计的有效性;其次,将对接环减振装置进行了有限元分析,将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了分析模型的正确性;最后,将所设计的对接环减振装置应用于环境减灾二号(HJ-2)卫星中,通过整星动力学分析验证了该装置的应用效果。     

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。     

Nonlinear 6-DOF control of spacecraft docking with inter-satellite electromagnetic force

Compared to traditional docking systems, spacecraft docking with inter-satellite electromagnetic mechanism has distinct advantages. However, its 6-DOF control problem has not been adequately investigated. From our knowledge, this paper attempts to study the 6-DOF control problem for the first time. Based on the far-field electromagnetic force model and Hill's model, the dynamic model of translational motion is derived; using tracking control strategy, LQR method and estimate of Extended State Observer (ESO), an optimal and robust translational controller is designed to satisfy relative position/velocity requirements of soft docking. Representing the attitude of the docking spacecraft pair by unit quaternion, the attitude dynamic and kinematic models with quaternion expression are derived; using behavior-based coordinated control approach and ESO, a decentralized attitude controller is designed to simultaneously align one spacecraft with its absolute desired attitude and with the other spacecraft of the docking pair, requiring no angular velocity measurement and exhibiting better robust capability. The feasibility and performance of this proposed 6-DOF controller are validated by theoretical deduction and simulation results.