六自由度气浮台及其姿态平台自动平衡系统设计-宇航学报.PDF

第３７卷 第１０期 宇　航　 　报 Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１０ 　 ２０１６年１０月　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１６ 六自由度气浮台及其姿态平台自动平衡系统设计 黄　成，王　岩，陈兴林 （哈尔滨工业大学控制科学与工程系，哈尔滨１５０００１） 　　摘　要：针对卫星交会对接中相对姿态和位置的控制问题，设计一种６自由度（ＤＯＦ）气浮台，并推导出描述 两个气浮台模拟卫星交会对接运动的耦合６自由度（ＤＯＦ）动力学模型。为解决气浮台模拟空间失重环境中的重 力力矩干扰问题，设计一种基于应用新颖的快速非奇异终端滑模面的自适应有限时间控制器的自动平衡系统，估 计出质心位置，通过控制三个平衡质量块补偿姿态平台质心与旋转中心之间的位置偏差。李雅普诺夫理论推导和 仿真结果表明，该方法可以快速完成对姿态平台质心位置的准确估计，实现质心与旋转中心的高度重合。 关键词：６自由度 （ＤＯＦ）；气浮台；自动平衡；有限时间；自适应控制 中图分类号：Ｖ１１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１０００１３２８（２０１６）１０１２２２１０ ＤＯＩ：１０．３８７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１３２８．２０１６．１０．０１０ ＤｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅＳｉｘＤＯＦＡｉｒＢｅａｒｉｎｇＴａｂｌｅａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｓｓＢａｌａｎｃｉｎｇ ＳｙｓｔｅｍｏｆＡｔｔｉｔｕｄｅＰｌａｔｆｏｒｍ ＨＵＡＮＧＣｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＹａｎ，ＣＨＥＮＸｉｎｇｌｉｎ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｒｅｌａｔｉｖｅａｔｔｉｔｕｄｅａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄｄｏｃｋｉｎｇ，ａ６ ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍ（ＤＯＦ）ａｉｒｂｅａｒｉｎｇｔａｂｌｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄａｃｏｕｐｌｅｄ６ＤＯＦｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈａｔ ｔｗｏａｉｒｂｅａｒｉｎｇｔａｂｌｅｓｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍｏｔｉｏｎｏｆｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄｄｏｃｋｉｎｇ．Ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌｔｏｒｑｕｅｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｃｒｅａｔｉｎｇ ａｓｐａｃｅｌｉｋｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｉｒｂｅａｒｉｎｇｔａｂｌｅ，ａｎａｕｔｏｍａｔｉｃｍａｓｓｂａｌａｎｃｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎａｎａｄａｐｔｉｖｅｆｉｎｉｔｅｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｗｈｉｃｈｕｓｅｓａｎｏｖｅｌｆａｓｔｎｏｎｓｉｎｇｕｌａｒｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｓｕｒｆａｃｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｉｓ ｅｓｔｉｍａｔｅｄｏｕｔ ，ａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓ，ｔｈｒｅｅｐｒｏｏｆｍａｓｓｅｓａｒｅａｃｔｕａｔｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｆｏｒｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｏｆｆｓｅｔｆｒｏｍｔｈｅｃｅｎｔｅｒ ｏｆｒｏｔａｔｉｏｎ．ＴｈｅＬｙａｐｕｎｏｖｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｏｆｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅｐｌａｔｆｏｒｍｒａｐｉｄｌｙ，ａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｂｅｉｎｇｅｘａｃｔｌｙａｌｉｇｎｅｄｗｉｔｈｔｈ