空间小型卫星对接机构及其仿真试验台设计技术

目录
前言
第1章绪论1
1.1空间小型卫星自主对接技术发展的意义1
1.2在轨对接机构技术的研究现状2
1.2.1国外对接机构技术研究2
1.2.2国内对接机构技术研究8
1.3仿真对接试验台技术的研究现状10
1.3.1国外仿真对接试验台技术研究10
1.3.2国内仿真对接试验台技术研究13
1.3.3仿真对接试验台的建模与仿真方法研究15
1.4本书主要内容17
参考文献17
第2章新型空间小型卫星对接机构结构设计与对接过程23
2.1锥-杆定位式对接机构的结构设计与对接过程23
2.1.1整机结构方案设计23
2.1.2被动对接机构结构设计23
2.1.3主动对接机构结构设计及对接过程26
2.2拉-收三爪式对接机构的结构设计与对接过程28
2.2.1整机结构方案设计28
2.2.2主要部件的结构设计29
2.2.3主被动机构对接过程34
2.3收-拉三爪式对接机构的结构设计与对接过程34
2.3.1整机结构方案设计34
2.3.2部分主要部件的结构设计36
2.3.3主被动机构对接过程41
2.4三种结构方案比较与优选42
参考文献42
第3章收-拉三爪式对接机构对接过程建模与位姿分析44
3.1对接机构坐标系建立44
3.2对接机构姿态参数及姿态运动学分析45
3.2.1欧拉角法与四元数法描述45
3.2.2欧拉角和四元数的转换关系46
3.2.3欧拉运动学方程与四元数运动学方程建立46
3.3对接机构相对位置动力学建模与分析48
3.3.1相对位置动力学建模48
3.3.2在轨对接过程中两卫星空间状态描述50
3.4对接机构姿态动力学建模与分析51
参考文献53
第4章收-拉三爪式对接机构对接过程仿真与动力学特性分析55
4.1基于ADAMS软件的仿真分析55
4.1.1ADAMS软件简介55
4.1.2分析方法55
4.2对接机构对接过程仿真结果57
4.2.1仿真工况1(正抓)57
4.2.2仿真工况2(偏抓)65
4.2.3仿真工况3(斜抓)72
4.3对接机构对接过程动力学特性分析80
4.3.1对接过程动力学参数方程80
4.3.2主动机构锁爪运动学方程81
4.3.3被动机构运动学方程82
4.3.4对接过程的接触碰撞分析82
4.3.5锁爪碰撞力与缓冲动力学分析84
参考文献86
第5章收-拉三爪式对接机构的关键部件有限元分析与优化设计88
5.1锁爪静力学特性分析88
5.1.1锁爪有限元模型88
5.1.2锁紧后静载荷作用分析89
5.2锁爪结构优化设计90
5.2.1模型参数化与有限元网格划分90
5.2.2边界条件设定92
5.2.3优化设计结果分析92
5.2.4锁爪优化模态分析95
参考文献97
第6章六自由度仿真试验台结构设计与工作原理99
6.1新型立式六自由度仿真试验台结构设计与工作原理99
6.1.1整机结构设计与工作原理99
6.1.2吊装式四自由度运动模拟器结构设计101
6.1.3二自由度运动滑台结构设计108
6.2新型复合式六自由度仿真试验台结构设计与工作原理110
6.2.1整机结构设计与工作原理110
6.2.2主动对接机构转换平台结构设计112
6.2.3被动对接机构转换平台结构设计114
参考文献116
第7章六自由度仿真试验台动力学特性与机构稳定性分析118
7.1运动模拟器对接试验过程坐标系与动力学模型建立118
7.1.1运动模拟器坐标系建立118
7.1.2三自由度运动模拟器球关节摩擦力矩分析119
7.1.3对接机构接触力矩模型建立124
7.1.4被动平台动力学模型建立126
7.2试验台动力学模型的仿真结果分析128
7.3对接试验过程中试验台位姿误差分析131
7.3.1位姿误差来源分析131
7.3.2姿态角误差分析和计算132
7.3.3姿态角误差的非脆弱鲁棒控制策略研究139
7.4复合式对接机构工作过程中稳定性分析142
7.4.1稳定性准则描述143
7.4.2机构静态下稳定性分析143
7.4.3机构动态下稳定性分析145
7.4.4Sm与Sne联合判定复合式对接试验台的稳定性148
7.5复合式对接试验台关键部件的结构可靠性分析149
7.5.1可靠性理论基础149
7.5.2可靠性分析方法151
7.5.3关键部件可靠性分析154
参考文献162
第8章六自由度仿真试验台控制系统方案设计165
8.1控制系统原理与方案设计165
8.1.1控制系统的功能要求165
8.1.2控制系统的原理与结构166
8.2关键硬件电路设计与传感器选型168
8.2.1光栅尺与PLC接线电路设计168
8.2.2控制系统供电电路设计168
8.2.3传感器选型170
参考文献170
第9章对接机构及其仿真试验台物理样机试验172
9.1收-拉三爪式对接机构物理样机测试方法与试验172
9.1.1对接机构物理样机测试方法172
9.1.2对接机构物理样机试验结果与分析175
9.2立式六自由度仿真试验台物理样机测试方法与试验177
9.2.1立式仿真试验台物理样机测试方法180
9.2.2对接机构与仿真试验台联合试验结果与分析183
参考文献185