空间在轨服务物理仿真系统有效性研究.pdf

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1、第35卷第4期宇航学报Vo1．35No．42014年4月Journa1ofAstronauticsApril2014空间在轨服务物理仿真系统有效性研究郑永洁，张笃周，谌颖，(1．北京控制工程研究所，北京100190；2．空间智能控制技术重点实验室，北京100190)摘要：研究典型在轨服务机器人气浮式物理仿真系统的有效性问题。针对在轨逼近和操作(抓取、移动和释放)这两种关键工作模式，从动力学原理和干扰下响应的一致性两个方面，系统分析了仿真数据的有效性。基于对误差模型的分析，研究仿真系统中干扰因素对仿真数据有效性的影响，给出物理仿真

2、系统的可应用条件。将该结果应用到具体物理仿真系统中，可以对物理仿真试验起指导作用。关键词：物理仿真；在轨逼近；在轨操作；有效性中图分类号：V416．2文献标识码：A文章编号：1000—1328(2014)04-0432-07DOI：10．3873／j．issn．1000．1328．2014．04．009ResearchonEfectivenessofPhysicalSimulationSystemf0rOn．OrbitServiceZHENGYong—jie，ZHANGDu．zhou，CHENYing’(1．BeijingIns

3、tituteofControlEngineering，Beijing100190，China；2．ScienceandTechnologyonSpaceIntelligentControlLaboratory，Beijing100190，China)Abstract：Onthebasisofoperatingmodesofspacerelativeproximityandmanipulation(capture、removeandrelease)，theeffectivenessoftypicalphysicalsimulati

4、onsystemfrombothbasicdynamicsequationandresponseconsistencyofthetwosimilarsystemsinthepresenceofvariousdisturbancesisanalyzedinthepaper，alsoeffectsofthedisturbanceonsimulationdataeffectivenessisstudiedbasedonanalysisoftheerrormodel，andthenapplicablequalificationofthe

5、simulationsystemissummarized．Analysisresultsprovidesareferenceidealandapproachforeffectivenessofsimilarsimulationsystems．Keywords：Physicalsimulation；On—orbitproximity；On—orbitoperation；Effectiveness仿真数据的有效性问题，现有工程实现中，只是尽量0引言降低干扰j，对干扰的作用未曾做过系统的评估。空间在轨服务，即对空间飞行器实施在轨装配、

6、本文针对常见物理仿真系统中在轨逼近和抓取修理、维护和空间营救等操作，已成为空间技术的研两个典型工作模式下仿真系统的有效性问题，进行究热点。空间在轨服务的关键技术主要有对合作和了分析研究，总结出了物理仿真系统的可应用条件，非合作目标的交会对接技术以及对目标的抓取和连以及影响物理仿真系统有效性的关键因素。为此类接技术¨]。发展空间在轨服务技术的同时，相应的物理仿真试验的开展，提供参考。地面仿真系统亦在同步发展。1物理仿真系统方案仿真数据的有效性问题已经成为仿真技术的一个关键问题I4J。针对空间在轨服务操作，最为成常见的在轨服务空间机

7、器人物理仿真系统如图熟的仿真系统是气浮式物理仿真系统。但对该系统1所示。模拟星底部采用平面静压气浮轴承支撑，收稿日期：2011-11-22；修回日期：2013-03．10第4期郑永洁等：空间在轨服务物理仿真系统有效性研究433可以在大平台上作平面位置和转动运动，将气浮平为目标星的轨道角速度。引力项线性化后的相对面作为模拟轨道面，即可以模拟轨道面上航天器的运动方程，与未简化的方程相比，两者对近距离交共面逼近运动在机器人星手臂的关节处也用会的描述差别很小J。气足支撑，便可以模拟轨道面上对目标器的在轨操在仿真系统中，以地面坐标系为惯性

8、坐标系，目作过程。在模拟星A上装备实际空间机器人拥有标器不受推力作用，Hill坐标系中相对运动方程为：的姿轨控和机械臂控制系统。模拟星B上装备姿轨控系统。式中：n、口为作用在追踪航天器上并投影于Hill坐标系的制导加速度。对比实际系统和仿真系统的相对运动方程，仿