[發明專利]異體同構、剛度阻尼閉環反饋控制的弱撞擊式對接系統

有效

• 申請號: 201210489374.5
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102923318A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 劉志;張崇峰;邵濟明;鄭云青;王衛軍;鄒懷武
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及航天飛行器裝置，涉及空間對接裝置，特別是本發明涉及到用于兩個航天器的具有剛度阻尼閉環反饋控制、弱撞擊對接系統。?

背景技術

空間對接系統可以使兩個航天器在空間軌道上結合并在結構上連接成一個整體。廣泛應用于空間站、空間實驗室、空間通信和遙感平臺等大型設施在軌裝配、回收、補給、維修以及空間救援等領域。例如：神舟九號與天宮一號通過對接系統實現兩者之間的對接，神舟九號的航天員通過對接通道進入到天宮一號實驗艙內。?

大部分的對接系統都有一個機械結構，包括鎖、鎖鉤和其他的機構。一般情況下，實現兩航天器的連接有兩種方法：對接或停靠。對接操作出現的情況是，當主動飛行器（如神舟飛船）在自主機動控制下進入捕獲包絡范圍，與目標飛行器對接系統接觸碰撞（如天宮一號）。停靠操作出現的情況是，一個航天器（如空間站）上安裝的外部的連接裝置（如遙操作系統，即RMS），連接到另一個航天器（如日本貨運飛船）上，操縱其進入捕獲范圍，與空間站對接系統接觸。對接和停靠操作需要兩個航天器都有一個對接裝置，從而將兩個對接裝置連接起來。?

下面的論述描述了在任何對接過程中的主要階段。首先是接近段，主動飛行器運動到對接捕獲初始條件范圍內。對接捕獲初始條件是預先定義的一個圍繞對接裝置的區域，在對接和停靠前必須導引飛行器進入該區域。第二是導向對準階段，將兩個航天器柔性捕獲環相互導向并對準。這個階段通常驅動兩飛行器相互靠近，在對接操作時，迫使捕獲環利用被動導向實現對準，或者利用RMS視覺提示校準偏差實現重新對準。第三是捕獲階段，主要是相互靠近的兩航天器通過捕獲裝置（如捕獲鎖）實現柔性連接。第四是緩沖階段，兩航天器?之間相對運動能量和剩余的相對運動通過對接系統進行吸收和消耗。第五是拉近階段，主動對接機構將兩飛行器拉近，通過對接框面的導向銷套實現精確對準。最后階段是剛性連接階段，當兩飛行器的對接框面處于接近位置時，對接鎖工作，完成剛性連接，為兩對接面提供剛性連接力和密封力，實現對接通道的密封。?

已有的機械式的對接系統在對接與捕獲過程中需要較大的力和相對速度，很難應用于小質量飛行器的對接；對接時產生的較大碰撞力可能會對飛行器或力敏感設備造成破壞，同時，破壞零重力環境，對重力敏感試驗造成影響，如晶體生長試驗。美國NASA提出了一種基于閉環力反饋控制的對接系統，可以實現弱撞擊對接，但該系統采用了高精度力傳感器，對實時控制系統要求高且復雜，而且力傳感器的漂移會對對接過程產生不利影響，甚至在緩沖過程中引起震蕩。因此，需要開發出一種對接系統，既能夠減小或消除傳統對接系統引起的潛在結構破壞和振動，又具有可靠的測量反饋控制系統。?

然而，目前沒有發現類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。?

發明內容

本發明旨在提供一種自適應對接環運動速度和位姿來調整對接環的捕獲和緩沖力的異體同構、剛度阻尼閉環反饋控制的弱撞擊式對接系統。?

本系統的一種實例還包括：主動對接機構安裝在追蹤航天器上，被動對接機構安裝在目標航天器上，所述主動對接機構進一步包括：主動對接環、捕獲裝置、對接框體、直線驅動裝置、剛性連接裝置和閉環反饋控制系統，其中，?

主動對接環：用于該追蹤航天器和所述目標航天器的對接環的導向對準；?

捕獲裝置：用于相互靠近的航天器實現柔性連接；?

若干個直線驅動裝置：每個直線驅動裝置的一端活動連接于對接環，其另外一端活動連接于對接框體，其若干個直線驅動裝置進一步至少包括伸縮機構、光電編碼器和電機，伸縮機構與電機同步連動，每個直線驅動裝置通過各自的?光電編碼器測量其長度信息；?

閉環反饋控制系統：所述對接環在初始條件下接觸產生相互作用，追蹤航天器的對接環上產生位置和姿態偏差，閉環反饋控制系統的采集器通過采集到該些光電編碼器中的信號，計算出直線驅動機構的長度，后計算出對接環位姿和運動速度，以確定主動對接環所需要的緩沖阻尼數據，再通過安裝在直線驅動機構上的電機產生相應反作用力，以驅動對接環進行捕獲和緩沖；?

剛性連接裝置：用于兩航天器剛性連接和對接通道的形成。?

較佳地，所述捕獲裝置為安裝在對接環上的電磁吸合盤。或者，所述捕獲裝置采用對接環三個導向板上的捕獲裝置來實現捕獲。?