一種空間站動力學(xué)與控制實驗平臺設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間站動力學(xué)與控制實驗平臺設(shè)計方法，屬于機械結(jié)構(gòu)力學(xué)與控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]空間屬于大型航天器，由于其結(jié)構(gòu)跨度大、阻尼弱在軌運行期間，容易引發(fā)結(jié)構(gòu)振動，影響空間站的使用壽命以及姿態(tài)控制的安全性與可靠性，因而空間站結(jié)構(gòu)振動與姿態(tài)控制的研究具有重要的意義。
[0003]現(xiàn)有空間站姿態(tài)控制中沒有考慮結(jié)構(gòu)振動與姿態(tài)協(xié)同控制問題，凸顯了結(jié)構(gòu)振動與姿態(tài)控制中的“協(xié)同控制”問題，空間站動力學(xué)與控制實驗平臺的設(shè)計主要用于研究與分析大型航天器在軌運行期間，結(jié)構(gòu)振動與姿態(tài)控制耦合情況，設(shè)計相應(yīng)的協(xié)同控制算法緩減或消除其耦合作用，以便使大型航天器具有更高的控制精度和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了一種空間站動力學(xué)與控制實驗平臺設(shè)計方法。本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案:一種空間站動力學(xué)與控制實驗平臺設(shè)計方法，包括如下步驟:
[0005]步驟1:根據(jù)中國未來空間站系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計空間站結(jié)構(gòu)模型；空間站結(jié)構(gòu)模型包括編碼器、SK立式軸承支座、太陽翼模型結(jié)構(gòu)、艙室模型結(jié)構(gòu)、帶座軸承、凸型滑塊、T型螺母、壓電片、壓電加速度傳感器、聯(lián)軸器、滑塊導(dǎo)槽、絲杠、四通管、直流電機減速器組合體、絲杠選型、固定支架、非自鎖限位開關(guān)、非自鎖限位開關(guān)5V直流電源和Dspace ；
[0006]確定相應(yīng)的編碼器、SK立式軸承支座、太陽翼模型結(jié)構(gòu)、艙室模型結(jié)構(gòu)、帶座軸承、凸型滑塊、壓電加速度傳感器、聯(lián)軸器、滑塊導(dǎo)槽、絲杠、四通管、直流電機減速器組合體、絲杠選型、固定支架、非自鎖限位開關(guān)、非自鎖限位開關(guān)5V直流電源、Dspace配置數(shù)量及裝配位置；
[0007]步驟2:對相應(yīng)的編碼器、SK立式軸承支座、太陽翼模型結(jié)構(gòu)、艙室模型結(jié)構(gòu)、帶座軸承、凸型滑塊、壓電加速度傳感器、聯(lián)軸器、滑塊導(dǎo)槽、四通管、直流電機減速器組合體、絲杠選型、固定支架、非自鎖限位開關(guān)、非自鎖限位開關(guān)5V直流電源和Dspace進行選型；
[0008]步驟3:對相應(yīng)的編碼器、SK立式軸承支座、太陽翼模型結(jié)構(gòu)、艙室模型結(jié)構(gòu)、帶座軸承、凸型滑塊、壓電加速度傳感器、聯(lián)軸器、滑塊導(dǎo)槽、T型螺母、壓電片、直流電機減速器組合體、絲杠、固定支架、非自鎖限位開關(guān)、非自鎖限位開關(guān)5V直流電源、Dspace接線與安裝；
[0009]所述的步驟3具體接線與安裝為:壓電加速度傳感器的接線與安裝:壓電加速度傳感器應(yīng)粘接在太陽翼模型結(jié)構(gòu)表面，每個壓電加速度傳感器與Dspace AD通道相連；
[0010]編碼器接線與安裝:編碼器應(yīng)與Dspace增量編碼器接口連接，其與SK立式軸承座配合;編碼器安裝在艙室模型結(jié)構(gòu)端面，采用同軸連接；
[0011]太陽翼模型結(jié)構(gòu)安裝:太陽翼模型結(jié)構(gòu)應(yīng)與SK立式軸承座底面粘接或者采用螺母連接均可；
[0012]滑塊導(dǎo)槽的安裝:滑塊導(dǎo)槽與SK立式軸承座側(cè)面粘接或者螺母連接；
[0013]非自鎖限位開關(guān)接線與安裝:與配套電源形成并聯(lián)回路；
[0014]凸型滑塊安裝:凸型滑塊與滑塊導(dǎo)槽間隙配合；
[0015]T型螺母安裝:T型螺母外表面與凸型滑塊過盈配合，T型螺母螺紋與絲杠螺紋配合；
[0016]壓電片安裝:壓電片與太陽翼模型結(jié)構(gòu)粘接；
[0017]絲杠安裝:絲杠首先應(yīng)與兩個T型螺母采用螺紋配合，凸型滑塊居于兩個T型螺母中間位置；
[0018]直流電機減速組合體接線與安裝:電機減速組合體與絲杠采用聯(lián)軸器連接，其正負(fù)極直接與Dspace AD通道相連接。
[0019]四通管選型依據(jù):與軸形成過盈配合；
[0020]四通管安裝:四通管安裝位置位于艙室模型結(jié)構(gòu)十字交叉連接處，將空間實驗室模型結(jié)構(gòu)、前部實驗艙模型結(jié)構(gòu)、飛船軌道艙模型結(jié)構(gòu)連接在一起；
[0021 ]非自鎖限位開關(guān)5V直流電源和Dspace安裝:該裝置應(yīng)放置在實驗臺上，將導(dǎo)線與試驗?zāi)Ｐ拖鄳?yīng)元件連接；
[0022]固定支架安裝:固定支架上安裝徑向軸承，該徑向軸承與艙室結(jié)構(gòu)模型采用過盈配合；
[OO23 ] 步驟4:通過采用MATLAB/ S i mu I i nk空間站結(jié)構(gòu)振動與姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng)控制算法，設(shè)置相關(guān)通道；
[0024]空間站結(jié)構(gòu)振動與姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng)包括協(xié)同控制系統(tǒng)中姿態(tài)控制模塊和協(xié)同控制系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)振動控制模塊，其中協(xié)同控制系統(tǒng)中姿態(tài)控制模塊包含:非自鎖限位開關(guān)、電機減速器組合體、絲杠、非自鎖限位開關(guān)5V直流電源一個、滑塊導(dǎo)槽、聯(lián)軸器、帶座軸承、編碼器、SK立式軸承支座、聯(lián)軸器和Dspace;
[0025]協(xié)同控制系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)振動控制模塊包含:編碼器、SK立式軸承支座、太陽翼模型結(jié)構(gòu)、艙室模型結(jié)構(gòu)、四通管、帶座軸承、壓電加速度傳感器、聯(lián)軸器和Dspace;
[0026]上述兩個模塊包含共用部件為:Dspace和編碼器；
[0027]協(xié)同控制算法采用模塊化設(shè)計，其模塊數(shù)量取決于姿態(tài)控制模塊的數(shù)量以及結(jié)構(gòu)振動控制模塊的數(shù)量。
[0028]其中非自鎖限位開關(guān)安裝工位說明:絲杠的左端與右端各一個，其中非自鎖限位開關(guān)5V直流電源說明:直流電源用于限位開關(guān)的供電，限位開關(guān)閉合后電路導(dǎo)通。
[0029]單個空間站結(jié)構(gòu)振動與姿態(tài)協(xié)同控制算法模塊的流程如下:
[0030]其計算過程如下:
[0031 ]步驟1:將編碼器初始化參數(shù)
[0032]步驟2:
[0033]步驟2.1:將行程開關(guān)I和行程開關(guān)2收集到的數(shù)據(jù)進行或運算；
[0034]步驟2.2:將步驟2.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于0，則輸出I，否則輸出O;
[0035]步驟2.3:將步驟2.2得出的數(shù)據(jù)與常數(shù)O進行異或運算；
[0036]步驟3:
[0037]步驟3.1:將編碼器采集到的數(shù)據(jù)乘以比例系數(shù)；
[0038]步驟3.2:將步驟3.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出O；
[0039]步驟4:將壓電加速度傳感器收集到的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于O，則輸出I，否則輸出O;
[0040]步驟5:
[0041 ]步驟5.1:將步驟2.3和步驟3.2得出的數(shù)據(jù)進行與運算；
[0042]步驟5.2:將步驟5.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出-1;
[0043]步驟5.3:將步驟5.2得出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為double類型的數(shù)據(jù)格式；
[0044]步驟5.4:將步驟5.3得出的數(shù)據(jù)通過輸出通道I和輸出通道2進行輸出；
[0045]步驟6:
[0046]步驟6.1:將步驟3.2和步驟4得出的數(shù)據(jù)進行與運算；
[0047]步驟6.2:將步驟6.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出-1;
[0048]步驟6.3:將步驟6.2得出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為double類型的數(shù)據(jù)格式；
[0049]步驟6.4:將步驟6.3得出的數(shù)據(jù)通過輸出通道3進行輸出；
[0050]帶有5個壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu)振動控制模塊與I個姿態(tài)控制模塊的控制算法流程如下:
[0051 ]其計算過程如下:
[0052]步驟1:將編碼器初始化參數(shù)
[0053]步驟2:
[0054]步驟2.1:將行程開關(guān)I和行程開關(guān)2收集到的數(shù)據(jù)進行或運算；
[0055]步驟2.2:將步驟2.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于0，則輸出I，否則輸出O;
[0056]步驟2.3:將步驟2.2得出的數(shù)據(jù)與常數(shù)O進行異或運算；
[0057]步驟3:
[0058]步驟3.1:將編碼器采集到的數(shù)據(jù)乘以比例系數(shù)；
[0059]步驟3.2:將步驟3.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出O；
[0060]步驟4:將壓電加速度傳感器I收集到的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出O;
[0061]步驟5:將壓電加速度傳感器2收集到的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出O;
[0062]步驟6:將壓電加速度傳感器3收集到的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出O;
[0063]步驟7:將壓電加速度傳感器4收集到的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出O;
[0064]步驟8:將壓電加速度傳感器5收集到的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出O;
[0065]步驟9:
[0066]步驟9.1:將步驟2.3和步驟3.2得出的數(shù)據(jù)進行與運算；
[0067]步驟9.2:將步驟9.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出-1;
[0068]步驟9.3:將步驟9.2得出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為double類型的數(shù)據(jù)格式；
[0069]步驟9.4:將步驟9.3得出的數(shù)據(jù)通過輸出通道I和輸出通道2進行輸出；
[0070]步驟IO:
[0071 ]步驟10.1:將步驟3.2和步驟4得出的數(shù)據(jù)進行與運算；
[0072]步驟10.2:將步驟10.1得出的數(shù)據(jù)與O進行比較，如果大于等于0，則輸出I，否則輸出-1;
[0073]步驟10.3:將步驟10.2得出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為double類型的數(shù)據(jù)格式；
[0074]步驟10.4:將步驟10