一种空间站动力学与控制实验平台设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空间站动力学与控制实验平台设计方法，属于机械结构力学与控制领域。
【背景技术】
[0002]空间属于大型航天器，由于其结构跨度大、阻尼弱在轨运行期间，容易引发结构振动，影响空间站的使用寿命以及姿态控制的安全性与可靠性，因而空间站结构振动与姿态控制的研究具有重要的意义。
[0003]现有空间站姿态控制中没有考虑结构振动与姿态协同控制问题，凸显了结构振动与姿态控制中的“协同控制”问题，空间站动力学与控制实验平台的设计主要用于研究与分析大型航天器在轨运行期间，结构振动与姿态控制耦合情况，设计相应的协同控制算法缓减或消除其耦合作用，以便使大型航天器具有更高的控制精度和可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了一种空间站动力学与控制实验平台设计方法。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案:一种空间站动力学与控制实验平台设计方法，包括如下步骤:
[0005]步骤1:根据中国未来空间站系统布局结构图，设计空间站结构模型；空间站结构模型包括编码器、SK立式轴承支座、太阳翼模型结构、舱室模型结构、带座轴承、凸型滑块、T型螺母、压电片、压电加速度传感器、联轴器、滑块导槽、丝杠、四通管、直流电机减速器组合体、丝杠选型、固定支架、非自锁限位开关、非自锁限位开关5V直流电源和Dspace ；
[0006]确定相应的编码器、SK立式轴承支座、太阳翼模型结构、舱室模型结构、带座轴承、凸型滑块、压电加速度传感器、联轴器、滑块导槽、丝杠、四通管、直流电机减速器组合体、丝杠选型、固定支架、非自锁限位开关、非自锁限位开关5V直流电源、Dspace配置数量及装配位置；
[0007]步骤2:对相应的编码器、SK立式轴承支座、太阳翼模型结构、舱室模型结构、带座轴承、凸型滑块、压电加速度传感器、联轴器、滑块导槽、四通管、直流电机减速器组合体、丝杠选型、固定支架、非自锁限位开关、非自锁限位开关5V直流电源和Dspace进行选型；
[0008]步骤3:对相应的编码器、SK立式轴承支座、太阳翼模型结构、舱室模型结构、带座轴承、凸型滑块、压电加速度传感器、联轴器、滑块导槽、T型螺母、压电片、直流电机减速器组合体、丝杠、固定支架、非自锁限位开关、非自锁限位开关5V直流电源、Dspace接线与安装；
[0009]所述的步骤3具体接线与安装为:压电加速度传感器的接线与安装:压电加速度传感器应粘接在太阳翼模型结构表面，每个压电加速度传感器与Dspace AD通道相连；
[0010]编码器接线与安装:编码器应与Dspace增量编码器接口连接，其与SK立式轴承座配合;编码器安装在舱室模型结构端面，采用同轴连接；
[0011]太阳翼模型结构安装:太阳翼模型结构应与SK立式轴承座底面粘接或者采用螺母连接均可；
[0012]滑块导槽的安装:滑块导槽与SK立式轴承座侧面粘接或者螺母连接；
[0013]非自锁限位开关接线与安装:与配套电源形成并联回路；
[0014]凸型滑块安装:凸型滑块与滑块导槽间隙配合；
[0015]T型螺母安装:T型螺母外表面与凸型滑块过盈配合，T型螺母螺纹与丝杠螺纹配合；
[0016]压电片安装:压电片与太阳翼模型结构粘接；
[0017]丝杠安装:丝杠首先应与两个T型螺母采用螺纹配合，凸型滑块居于两个T型螺母中间位置；
[0018]直流电机减速组合体接线与安装:电机减速组合体与丝杠采用联轴器连接，其正负极直接与Dspace AD通道相连接。
[0019]四通管选型依据:与轴形成过盈配合；
[0020]四通管安装:四通管安装位置位于舱室模型结构十字交叉连接处，将空间实验室模型结构、前部实验舱模型结构、飞船轨道舱模型结构连接在一起；
[0021 ]非自锁限位开关5V直流电源和Dspace安装:该装置应放置在实验台上，将导线与试验模型相应元件连接；
[0022]固定支架安装:固定支架上安装径向轴承，该径向轴承与舱室结构模型采用过盈配合；
[OO23 ] 步骤4:通过采用MATLAB/ S i mu I i nk空间站结构振动与姿态协同控制系统控制算法，设置相关通道；
[0024]空间站结构振动与姿态协同控制系统包括协同控制系统中姿态控制模块和协同控制系统中结构振动控制模块，其中协同控制系统中姿态控制模块包含:非自锁限位开关、电机减速器组合体、丝杠、非自锁限位开关5V直流电源一个、滑块导槽、联轴器、带座轴承、编码器、SK立式轴承支座、联轴器和Dspace;
[0025]协同控制系统中结构振动控制模块包含:编码器、SK立式轴承支座、太阳翼模型结构、舱室模型结构、四通管、带座轴承、压电加速度传感器、联轴器和Dspace;
[0026]上述两个模块包含共用部件为:Dspace和编码器；
[0027]协同控制算法采用模块化设计，其模块数量取决于姿态控制模块的数量以及结构振动控制模块的数量。
[0028]其中非自锁限位开关安装工位说明:丝杠的左端与右端各一个，其中非自锁限位开关5V直流电源说明:直流电源用于限位开关的供电，限位开关闭合后电路导通。
[0029]单个空间站结构振动与姿态协同控制算法模块的流程如下:
[0030]其计算过程如下:
[0031 ]步骤1:将编码器初始化参数
[0032]步骤2:
[0033]步骤2.1:将行程开关I和行程开关2收集到的数据进行或运算；
[0034]步骤2.2:将步骤2.1得出的数据与O进行比较，如果大于0，则输出I，否则输出O;
[0035]步骤2.3:将步骤2.2得出的数据与常数O进行异或运算；
[0036]步骤3:
[0037]步骤3.1:将编码器采集到的数据乘以比例系数；
[0038]步骤3.2:将步骤3.1得出的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出O；
[0039]步骤4:将压电加速度传感器收集到的数据与O进行比较，如果大于等于O，则输出I，否则输出O;
[0040]步骤5:
[0041 ]步骤5.1:将步骤2.3和步骤3.2得出的数据进行与运算；
[0042]步骤5.2:将步骤5.1得出的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出-1;
[0043]步骤5.3:将步骤5.2得出的数据转化为double类型的数据格式；
[0044]步骤5.4:将步骤5.3得出的数据通过输出通道I和输出通道2进行输出；
[0045]步骤6:
[0046]步骤6.1:将步骤3.2和步骤4得出的数据进行与运算；
[0047]步骤6.2:将步骤6.1得出的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出-1;
[0048]步骤6.3:将步骤6.2得出的数据转化为double类型的数据格式；
[0049]步骤6.4:将步骤6.3得出的数据通过输出通道3进行输出；
[0050]带有5个压电加速度传感器的结构振动控制模块与I个姿态控制模块的控制算法流程如下:
[0051 ]其计算过程如下:
[0052]步骤1:将编码器初始化参数
[0053]步骤2:
[0054]步骤2.1:将行程开关I和行程开关2收集到的数据进行或运算；
[0055]步骤2.2:将步骤2.1得出的数据与O进行比较，如果大于0，则输出I，否则输出O;
[0056]步骤2.3:将步骤2.2得出的数据与常数O进行异或运算；
[0057]步骤3:
[0058]步骤3.1:将编码器采集到的数据乘以比例系数；
[0059]步骤3.2:将步骤3.1得出的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出O；
[0060]步骤4:将压电加速度传感器I收集到的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出O;
[0061]步骤5:将压电加速度传感器2收集到的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出O;
[0062]步骤6:将压电加速度传感器3收集到的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出O;
[0063]步骤7:将压电加速度传感器4收集到的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出O;
[0064]步骤8:将压电加速度传感器5收集到的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出O;
[0065]步骤9:
[0066]步骤9.1:将步骤2.3和步骤3.2得出的数据进行与运算；
[0067]步骤9.2:将步骤9.1得出的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出-1;
[0068]步骤9.3:将步骤9.2得出的数据转化为double类型的数据格式；
[0069]步骤9.4:将步骤9.3得出的数据通过输出通道I和输出通道2进行输出；
[0070]步骤IO:
[0071 ]步骤10.1:将步骤3.2和步骤4得出的数据进行与运算；
[0072]步骤10.2:将步骤10.1得出的数据与O进行比较，如果大于等于0，则输出I，否则输出-1;
[0073]步骤10.3:将步骤10.2得出的数据转化为double类型的数据格式；
[0074]步骤10.4:将步骤10