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。     

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。     

基于广义Stewart平台的精密跟瞄机构动态各向同性优化设计

设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻.为解决这一问题,提出具有容错特性的一类广义Stewart并联机构,定义动态各向同性概念及指标,考虑负载质量几何特性,推导了动态各向同性描述及条件的解析数学形式.将局部动态各向同性与全域工作空间灵活性好、满足运动能力和无构件干涉等目标相综合,建立了精密跟瞄广义Stewart并联机构的优化设计方法.结果表明广义Stewart并联机构能够放松各向同性时对负载的条件约束,设计方法优化并具有工程应用价值.     

固液捆绑运载火箭主捆绑机构设计

结合新一代固液捆绑运载火箭的特点和需求,提出了一种新型固体助推器主传力点捆绑机构的轻量化设计方案。方案采用了静力学分析软件对该主捆绑机构开展结构布局优化、拓扑结构优化以及自适应对接设计及分析,实现300 mm径向空间下1 800 kN偏置集中力承载、均匀扩散功能和在70 t重载下轻便自适应对接等功能。通过仿真分析和试验验证,证明了该主捆绑机构满足承载扩散和对接要求。     

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。     

具有异构多操纵机构的飞行器复合控制技术

提出了具有异构多控制机构的飞行器复合控制决策与管理系统结构,建立了具有气动力/推力矢量/直接侧向力的异构多操纵机构的飞行器动力学模型,提出了模糊自适应控制分配与复合控制器优化集成设计方案。设计了基于参考模型的模糊自适应控制分配策略,使气动力/推力矢量/直接力任意形式组合及动态分配过程中复合执行机构等效动态特性与参考模型一致。采用进化策略对导弹复合控制系统参数进行了多目标优化设计。分别针对不同的组合形式进行了仿真研究,证明了具有异构多操纵机构的飞行器复合控制系统具有很好的快速大机动跟踪能力,实现了飞行器气动力/推力矢量/直接侧向力之间不同形式组合控制系统的自适应控制分配。     

大挠性航天器的模糊模型预测控制

针对带有大型挠性附件的航天器姿态控制系统，将自适应模糊控制和模型预测控制相结合，设计了大挠性航天器的模糊模型预测姿态控制策略。基于大挠性航天器的动力学模型，采用泰勒展开设计出了非线性模型预测控制律，避免了预测控制在线优化过程中繁琐的计算，有效降低了计算复杂度。针对大挠性附件振动导致的不确定性扰动对姿态控制的影响，使用自适应模糊控制来逼近不确定扰动。基于Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性，并推导了模糊参数的自适应律。仿真结果表明所设计的控制策略对大挠性附件振动有很好的抑制作用，可以控制姿态角对期望值实现快速跟踪，具有较好的控制特性。     

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。     

对接综合试验台轨迹规划算法研究

为实现模拟空间两飞行器对接动力学过程的对接综合试验台的平稳对接，提出了一种基于加速度控制的轨迹规划算法。给出了不同初始条件下的规划方法，以及时转动自由度的特殊处理。物理试验结果表明，规划模型能精确控制平台从初始零位运动到主被动对接机构初次接触位置，且最后时刻平台姿态与对接试验的初始条件完全吻合。该算法可直接用于对接综合试验台的控制。     

对接机构分系统研制

介绍了我国神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器对接试验的对接机构分系统的组成、控制时序、设计方案,以及可靠性与安全性。给出了对接机构分系统研制中总体设计、动力学仿真、试验和关键部件研制等关键技术,以及整机特性测试、连接分离试验、热真空对接与分离试验、寿命试验等验证情况。回顾了对接机构分系统的研制过程。     

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。     

碰撞试验系统中加速度传感器特性仿真研究

航天器对接机构缓冲能力的强弱直接决定了航天器所受冲击的大小,因此对缓冲机构的性能进行测试/试验具有重要的意义。文章以赫兹弹簧阻尼理论为依据,通过仿真计算,分析了质量、速度对碰撞过程的影响;得到了加速度的频率特性;确定了碰撞试验系统中加速度传感器的选择原则。     

基于反馈线性化的高速无人机自适应控制系统设计

高速无人机是典型的复杂非线性、参数不确定性系统,且各控制通道之间存在强耦合作用,这对飞行控制系统设计提出了严峻挑战。针对其非线性特性和耦合特性,采用精确反馈线性化理论将无人机动力学模型解耦为3个独立的子系统,即滚转、俯仰和偏航通道;应用模型参考自适应控制方法分别设计每个通道的姿态控制器。研究表明,上述线性化方法能够实现三通道解耦,所设计控制系统满足飞行控制性能要求,且对气动参数摄动和外部干扰具有较强的鲁棒性。     

载人航天器加压连接机构研究

载人航天器加压连接机构，按连接功能可分为对接机构、停靠机构与统一对接／停靠机构3类。目前空间应用的连接机构有俄罗斯杆锥对接机构，俄罗斯混合对接机构，导向瓣内翻式“雌雄同体（异体同构）周边装配系统”，以及美国的“通用停靠机构”。统一对接／停靠机构正在研制中，如欧洲的“国际停靠对接机构”与美国的“NASA对接系统”。文章全面、系统地分析了对接机构、停靠机构与统一对接／停靠机构的构型与特点，以及连接机构的统一性与标准化问题。     

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。     

非工作状态下电液伺服机构运动分析

针对电液伺服机构安装到运载火箭后存在非工作状态下承受外力并产生被动运动的现状，分析伺服机构的受力情况并构建内部液体流动回路，研究非工作状态下伺服机构在外力作用时的运动特性。发现伺服阀零位特性以及伺服机构高压回路密封性能是影响伺服机构非工作状态下运动特性的主要因素。在外力作用下发生运动时油缸某一侧往往处于抽真空状态。使用零位特性良好的伺服阀以及高压回路泄漏小的伺服机构，在外力作用下将处于双向不动或单向可动的状况。利用典型产品开展了物理试验，验证了结论的有效性。     

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.     

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。