[發明專利]一種對飛行器地面仿真系統平動機構高精度姿態控制方法

有效

• 申請號: 201710228124.9
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106873644B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 王常虹;孟祥瑞;馬廣程;夏紅偉;曹天倚;楊智科;薛智文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 11340 北京天奇智新知識產權代理有限公司
• 代理人: 陳新勝

本發明提供了一種對飛行器地面仿真系統平動機構高精度姿態控制方法，屬于空間飛行器地面仿真系統運動控制及測量領域。本發明步驟一、如果首次平動機構運動從正方向運動到零位時，當運動方向從正向往反向改變時，將設定的規劃位置減去間隙大小，當從反向往正向運動切換時，在設定的規劃位置加上間隙大小；步驟二、齒輪齒條間隙的測量；步驟三、電機每轉一圈運動的平動距離修正方法公式進行推導；步驟四、消除齒輪齒條間隙；步驟五、修正電機每轉一圈運動的平動距離步。通過本發明的方法，其位置精度由原先未經過修正處理的0～0.51mm到現在修正后的?0.1479～0.1375mm，提高了大于0.2mm的位置精度，本發明的控制方法具有簡單、易操作、精度高的優點。

技術領域

本發明涉及一種對飛行器地面仿真系統平動機構高精度姿態控制方法，屬于空間飛行器地面仿真系統運動控制及測量領域。

背景技術

隨著載人航天技術的快速發展，空間對接技術已成為各國十分關注的問題。空間對接技術是建立載人空間站必須解決的關鍵技術，也是我國航天事業進一步發展迫切需要解決的問題。空間飛行器地面仿真系統作為空間對接過程半物理仿真試驗系統的關鍵設備之一，其運動位置誤差直接影響仿真系統的精度，因此設計出一種運動姿態高精度控制方法具有極強的現實意義。

空間飛行器地面仿真系統分為轉動機構和平動機構兩部分，平動機構包括X軸、Y軸、Z軸三個自由度的運動姿態。飛行器地面仿真系統的平動機構是由伺服電機、減速機、齒輪齒條的機械結構組成，為了達到高精度的控制效果傳統的控制方式是在各個方向固定的導軌上安裝光柵尺，移動部分安裝讀數頭的方案，這種控制方式相對復雜，成本較高，沒有充分利用伺服電機配有的高精度高分辨率編碼器的作用。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種對飛行器地面仿真系統平動機構高精度姿態控制方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種對飛行器地面仿真系統平動機構高精度姿態控制方法，步驟如下：

步驟一、如果首次平動機構運動從正方向運動到零位時，當運動方向從正向往反向改變時，將設定的規劃位置減去間隙大小，此后只要運動方向不改變無需處理此間隙，當從反向往正向運動切換時，在設定的規劃位置加上間隙大小，但首次平動機構運動從負方向運動到零位時，當運動方向從正向往反向改變時，將設定的規劃位置加上間隙大小，此后只要運動方向不改變無需處理此間隙，當從反向往正向運動切換時，在設定的規劃位置減去間隙大小；

步驟二、齒輪齒條間隙的測量，將平動機構從正方向運動到零位，利用激光跟蹤儀記錄此坐標(x₀₊，y₀₊，z₀₊)，再從負方向運動到零位(x_0-，y_0-，z_0-)，計算兩個坐標的距離此距離即為此位置下齒輪齒條間隙，在其他位置同樣利用此方法，求出整個傳動機構的齒輪齒條間隙大小；

步驟三、電機每轉一圈運動的平動距離修正方法公式推導如下，已知減速機的減速比α、齒輪分度圓直徑D，控制平動機構等間距運行，利用激光跟蹤儀測量出等間距運動下對應的實際坐標(x_i，y_i，z_i)，計算出各個位置到起始位置的實際距離，公式如下

電機轉一圈平動機構運動的平動距離理論值

l＝πD/α (2)

規劃位置對應的距離設定為s(i)＝step·i (3)

根據公式(2)、(3)，得到給定位置電機所運動的圈數表達式

c＝l/s＝πD/(α·step·i) (4)