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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 运动模拟器的发展现状3

1.3 空间交会对接地面模拟系统6

1.4 空间碰撞半实物模拟技术8

1.5 空间碰撞式对接模拟需求11

1.6 模拟器机构技术研究现状13

1.6.1 并联机构的构型方法13

1.6.2 并联机构的运动学及动力学14

1.6.3 并联机构的工作空间15

1.6.4 并联机构的尺度综合17

1.6.5 并联机构的标定18

1.7 空间碰撞半实物模拟失真补偿研究现状19

1.8 本书主要内容20

第2章 空间碰撞半实物模拟系统的构型及建模21

2.1 引言21

2.2 空间碰撞半实物模拟的运动功能21

2.3 基于空间碰撞需求的机构构型28

2.4 半实物模拟机构的参数分析35

2.5 半实物模拟机构的运动学建模42

2.5.1 碰撞模拟机构的运动学建模42

2.5.2 交会模拟机构的运动学建模46

2.6 九轴联动系统的运动协同建模与测试51

2.6.1 飞行器相对运动分解51

2.6.2 协作控制方案及仿真53

第3章 模拟器的尺度设计关键点法57

3.1 引言57

3.2 空间碰撞式对接模拟的运动空间参数建模57

3.3 碰撞模拟机构尺度与运动学特性的关系63

3.4 碰撞模拟机构的关键点66

3.4.1 第一组支链的关键点特性研究67

3.4.2 第二组支链的关键点特性研究72

3.4.3 机构的关键点特性74

3.5 基于关键点特性的尺度设计77

3.6 碰撞模拟机构的干涉与条件数分析79

3.7 交会模拟机构的尺度设计81

第4章 基于动态响应的尺度优化设计83

4.1 引言83

4.2 模拟器的等效惯性参数建模83

4.2.1 运动平台的等效质量惯量84

4.2.2 连杆的等效质量惯量86

4.2.3 滑块的等效质量惯量87

4.3 模拟器的等效刚度参数建模88

4.4 固有频率及尺度综合的参数建模92

4.5 基于动态响应及关键点的尺度优化95

4.6 模拟器的结构设计99

第5章 模拟器的驱动与传动系统设计103

5.1 引言103

5.2 模拟器的动力学建模103

5.3 模拟器的机电一体化数字样机109

5.4 模拟器的驱动能力需求分析113

5.4.1 空间碰撞测试实验的工况分析113

5.4.2 丝杠端需求驱动能力计算114

5.4.3 滑块端需求驱动能力计算118

5.5 模拟器驱动与传动系统选型119

5.6 模拟器的综合性能测试122

第6章 模拟器的精度分析与标定126

6.1 引言126

6.2 模拟器的精度影响因素分析126

6.3 模拟器参数误差传递模型129

6.3.1 连杆长度误差对输出精度的影响关系建模129

6.3.2 驱动行程误差对输出精度的影响关系建模131

6.3.3 滑块铰链中心点初始零位误差对输出精度的影响关系建模132

6.3.4 运动平台铰链中心点位置误差对输出精度的影响关系建模133

6.3.5 导轨方向误差对输出精度的影响关系建模134

6.4 模拟器尺度参数辨识模型135

6.5 模拟器参数辨识模型收敛性分析143

6.5.1 标定模拟实验方案143

6.5.2 理想情况下的模拟实验144

6.5.3 含有随机干扰的模拟实验146

6.6 模拟器尺度参数的标定与测试147

6.6.1 标定实验的坐标系建立147

6.6.2 测量前期准备工作149

6.6.3 标定实验方案及参数修正151

6.6.4 运动模拟器的标定实验153

第7章 空间碰撞动力学与地面半实物模拟失真补偿155

7.1 引言155

7.2 空间碰撞动力学模型156

7.2.1 飞行器坐标系156

7.2.2 空间物体碰撞动力学157

7.2.3 运动模拟器坐标系160

7.2.4 运动模拟器位姿和速度计算161

7.3 空间碰撞地面半实物模拟失真机理162

7.3.1 模拟失真的仿真模型162

7.3.2 模拟失真现象163

7.3.3 模拟失真机理165

7.3.4 模拟失真的相位分析166

7.4 空间碰撞地面半实物模拟失真补偿168

7.4.1 模拟失真补偿原理168

7.4.2 模拟失真补偿模型169

7.5 空间碰撞地面半实物模拟失真补偿性能测试172

7.5.1 无阻尼碰撞棒碰撞模拟测试172

7.5.2 多爪对接机构碰撞模拟测试175

第8章 空间碰撞地面半实物模拟控制系统177

8.1 引言177

8.2 控制系统组成177

8.3 运动模拟器控制系统178

8.3.1 运动模拟器控制系统的主要功能178

8.3.2 运动模拟器驱动系统179

8.3.3 运动模拟器控制性能测试181

8.4 力采集与动力学仿真系统189

8.4.1 力采集与动力学仿真系统的主要功能189

8.4.2 力采集与动力学仿真系统的硬件和软件189

8.5 实时监控系统190

8.5.1 实时监控系统的主要功能190

8.5.2 实时监控系统的硬件和软件190

8.6 仿真显示系统191

8.6.1 仿真显示系统的主要功能191

8.6.2 仿真显示系统的硬件和软件191

8.7 数据库系统192

8.7.1 数据库系统的主要功能192

8.7.2 数据库系统的硬件和软件192

8.8 中央控制台系统193

8.8.1 中央控制台系统的主要功能193

8.8.2 中央控制台系统的硬件和软件193

参考文献195

索引203