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[硕士论文] 戚大伟
航空宇航科学与技术 国防科学技术大学 2014(学位年度)
摘要:现有基于推力器作用的空间对接技术存在羽流污染、对接冲击和推进剂消耗等固有问题,利用星间电磁力/力矩辅助作用实现对接可有效解决这些问题,且具有同步、连续、可逆及非接触控制能力,应用前景广阔。论文以空间电磁对接为背景,分别研究了面向地面演示验证试验和微纳卫星的电磁装置设计,针对二维三自由度电磁对接问题开展了轨迹跟踪的自抗扰控制研究,并进行了地面初步试验验证。
  首先,基于电磁场基本理论,以有限元电磁场分析软件Maxwell为平台,针对常导材料,综合考虑系统质量、功耗、尺寸等指标,从装置的材料、几何构型、铁芯尺寸、线圈匝数、导线半径、磁路设计等参数入手,分别开展了面向地面演示验证试验和微纳卫星的电磁装置设计,得到了满足设计指标、具有聚磁效果的电磁对接地面试验装置和小质量、微体积、低功耗的微纳卫星电磁装置。
  其次,开展了电磁对接开环特性以及轨迹跟踪自抗扰控制研究。开环特性研究表明,在不施加主动控制情况下,仅依靠装置自身产生的电磁力/力矩可初步实现装置的自主对准和吸附;基于电磁对接的开环自对接特性,针对电磁对接存在的强非线性及耦合性问题,提出了综合利用反馈线性化及自抗扰控制的对接轨迹跟踪控制策略,利用反馈线性化方法将电磁对接动力学模型解耦线性化,进而基于该线性化模型利用自抗扰控制方法设计了对接轨迹跟踪控制律,并进行了仿真分析。理论分析与仿真结果表明,设计的自抗扰控制律可满足电磁对接鲁棒控制需求,可较好解决电磁对接存在的强非线性、耦合性以及电磁力/力矩模型不确定性等问题。
  最后,基于地面气浮平台,开展了电磁对接跟踪控制的地面初步试验,验证了电磁对接机理和控制算法的有效性。
  总之,论文研究了面向空间对接的电磁装置设计和对接轨迹跟踪控制问题,得到的装置设计思路与方案、控制策略与方法对后续工程化电磁对接装置设计以及地面试验研究具有一定的参考意义。
[专利] 发明专利 CN201510086226.2
摘要:本发明公开了一种用于电磁力或者电磁力矩的测量装置及方法,该测量装置包括:用于安装第一电磁装置的第一支撑平台及用于安装第二电磁装置的第二支撑平台;第一支撑平台设有用于驱动第一电磁装置活动的驱动机构,以调节第一电磁装置与第二电磁装置间的相对位置及姿态;第二支撑平台上设有用于检测电磁力或者电磁力矩的传感器;测量装置还包括用于给第一电磁装置提供电流的第一电流源和用于给第二电磁装置提供电流的第二电流源。本发明可自动获取两电磁装置在二维三自由度运动空间内产生力/力矩的测量值,具有普适性,对电磁装置构型无约束,可测量任意形状电磁装置间所产生的力/力矩。
[专利] 发明专利 CN201510086191.2
摘要:本发明的磁场发生控制装置及方法,包括轴向方向分别处于三维正交坐标系三个坐标轴方向且圆心均处于三维正交坐标原点的三组电磁线圈;每一组电磁线圈上安装有用于通入电流的电流控制装置以及用于驱动电磁线圈绕其轴向方向独立转动的驱动装置。本发明的磁场发生控制装置及方法通过在现有磁场发生控制方法的基础上增加转动电磁线圈角度控制磁场发生,解决了现有仅通过电流控制磁场强度的控制方式单一,控制自由度低的技术问题,增加了磁场发生的可操控自由度,降低了电磁线圈调制电流的控制需求,且能产生较大期望磁场强度。
[专利] 发明专利 CN201510116279.4
摘要:本发明公开了一种电磁对接控制方法及装置,采用“常磁矩控制+1次磁矩切换”模式,其中电磁对接控制方法包括:根据目标电磁装置的磁感应强度,追踪电磁装置的初始速度、初始磁矩和目标电磁装置与追踪电磁装置质心之间的初始距离,计算对接系统的初始机械能;根据追踪电磁装置设定的切换速度、初始磁矩和对接系统的初始机械能,计算与切换速度对应的目标电磁装置与追踪电磁装置质心之间的切换距离;根据切换速度、切换距离、追踪电磁装置的期望对接速度以及期望对接距离,计算追踪电磁装置的切换磁矩;当追踪电磁装置的速度变成切换速度时,将追踪电磁装置的磁矩变换为切换磁矩,解决了现有方法设计复杂和对控制设计鲁棒性要求较高的技术问题。
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