CN107933980B - 主被动结合式悬吊零重力模拟系统和模拟方法 - Google Patents

主被动结合式悬吊零重力模拟系统和模拟方法 Download PDF

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Abstract

主被动结合式悬吊零重力模拟系统和模拟方法，涉及一种重力模拟系统和模拟方法。是为了实现地面零重力(微重力)模拟实验。本发明涉及大尺度挠件‑太阳翼/天线结构的微低重力领域机动模拟，本发明将大角度运动主动被动摇臂和二维气浮随动装置有机结合起来，通过主动摇臂自主跟随太阳翼/天线结构大尺度运动，以及摇臂上装置的二维被动气浮导轨实现太阳翼/天线结构在小尺度范围内的高频振动的快速跟随，配合竖直悬吊系统实现空间结构的地面微低重力模拟，实现对目标空间结构的大范围高精度二维伺服跟踪。

Description

主被动结合式悬吊零重力模拟系统和模拟方法
技术领域
本发明涉及一种重力模拟系统和模拟方法。
背景技术
在太空研究方面，最重要的是考虑实验研究如何在微重力条件下进行。由于限于科研成本以及环保等问题，实验目标不能直接投入太空运行监测，需要在发射前对其在太空的工作环境进行模拟实验，以便于进行矫正和修改重要的参数，所以，零重力(微重力)器械的重要性不言而喻。其次，由于受目前航天器材的体积，形状影响，还需要考虑在大范围下的零重力(微重力)条件，地面实验器材的空间运动范围必须足够大。而在太空中，一些关键运动需要精确度很高，所以高精度的姿态随动也是必须的。综上，设计出一种大范围高精度二维伺服跟踪以及空间结构微低重力模拟的综合系统是现在亟待解决的难题。
发明内容
本发明是为了实现地面零重力(微重力)模拟实验。从而提供了一种被动结合式悬吊零重力模拟系统。
主被动结合式悬吊零重力模拟系统它包括摇臂、轨道、滚轮控制系统、摇臂末端的控制电机、龙架子系统，
控制系统的电机驱动信号输出端与与摇臂末端的控制电机的驱动信号输入端连接；控制系统用于对摇臂末端的切线速度进行实时的控制，从而实现对目标位置达到的实现；轨道为30度的圆弧，摇臂的前端通过滚轮在轨道内沿轨滑动；它还包括龙门架子系统和零重力模拟子系统；
龙门架子系统用于提供整个零重力模拟系统的工作高度；还用于提供工作面和支撑摇臂所附带的系统；
零重力模拟子系统由水平随动系统和竖直恒力悬吊系统组成；
水平随动系统由主动随动摇臂和二维随动气浮平台组成；用于跟踪太阳翼/天线结构模拟件；水平随动系统用于对搭载物体实现二维的无摩擦水平，即在以摇臂所在平面二维上的水平由气浮实现无摩擦伺服随动；
竖直恒力悬吊系统由电机卷扬系统、拉簧系统、拉力传感器和吊架组成；
电机卷扬系统用于通过电机驱动卷筒转动，实现绳索的升降。
拉簧系统用于是提供缓冲，和为控制系统提供力反馈信号。
拉力传感器用于测量绳索的张力，作为控制系统的控制参数，以保证输出力的稳定并实时反馈电机输出拉力。
吊架上方与绳索相连，下方分为两个悬吊绳，使得悬吊力分散开。
基于主被动结合式悬吊零重力模拟方法，该方法为：零重力模拟子系统与龙门架子系统配合，悬吊复杂挠性部件-太阳翼/天线结构，通过竖直恒力悬吊系统提供竖直外力，在地面模拟空间微低重力，调节吊点的恒力输出使得太阳翼/天线结构没有附加力矩，配合二维随动气浮平台跟随太阳翼/天线结构的水平高频扰动，实现挠性部件的地面微低重力模拟。
附图说明
图1是主被动结合式悬吊零重力模拟系统的结构示意图；
图2是水平随动系统的结构示意图；
图3是竖直恒力悬吊系统的结构示意图；
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1、图2和图3说明本具体实施方式，主被动结合式悬吊零重力模拟系统它包括摇臂1、轨道、滚轮控制系统、摇臂末端的控制电机、龙架子系统，
控制系统的电机驱动信号输出端与与摇臂末端的控制电机的驱动信号输入端连接；控制系统用于对摇臂末端的切线速度进行实时的控制，从而实现对目标位置达到的实现；轨道为30度的圆弧，摇臂1的前端通过滚轮在轨道内沿轨滑动；它还包括龙门架子系统2和零重力模拟子系统3；
门架子系统用于提供整个零重力模拟系统的工作高度；还用于提供工作面和支撑摇臂所附带的系统；
零重力模拟子系统3由水平随动系统4和竖直恒力悬吊系统5组成；
水平随动系统由主动随动摇臂和二维随动气浮平台组成；用于跟踪太阳翼/天线结构模拟件；水平随动系统用于对搭载物体实现二维的无摩擦水平，即在以摇臂所在平面二维上的水平由气浮实现无摩擦伺服随动；
竖直恒力悬吊系统由电机卷扬系统、拉簧系统、拉力传感器和吊架组成；
电机卷扬系统用于通过电机驱动卷筒转动，实现绳索的升降。
拉簧系统用于是提供缓冲，和为控制系统提供力反馈信号。
拉力传感器用于测量绳索的张力，作为控制系统的控制参数，以保证输出力的稳定并实时反馈电机输出拉力。
吊架上方与绳索相连，下方分为两个悬吊绳，使得悬吊力分散开。
本
发明的目的是为实现地面零重力(微重力)模拟实验，为龙架子系统，零重力模拟子系统，水平随动系统，竖直恒力悬吊系统有机的组合起来，在轴端采用单轴台实现伴随转动，末端采用滚轮陪轨道的形式，加以主动电机，连接数控系统(电脑主机)对运动的速度以及运动范围进行控制与监测，实现大范围高精度地面零重力(微重力)的地面实验结构。本发明统通过单轴台进行单向支撑，通过圆弧轨道与凹轮的配合，实现定位精准转动，两个龙门架对整个模拟系统起着重要的支持作用，同时主力臂的位置给竖直恒力悬吊系统提供了活动空间，总体配合实现围高精度地面零重力(微重力)的地面实验结构。
具体实施方式二、基于具体实施方式一的主被动结合式悬吊零重力模拟方法该方法为：零重力模拟子系统与龙门架子系统配合，悬吊复杂挠性部件-太阳翼/天线结构，通过竖直恒力悬吊系统提供竖直外力，在地面模拟空间微低重力，调节吊点的恒力输出使得太阳翼/天线结构没有附加力矩，配合二维随动气浮平台跟随太阳翼/天线结构的水平高频扰动，实现挠性部件的地面微低重力模拟。
龙门架系统由两个龙门架组成，用于支撑水平随动系统和竖直恒力悬吊系统的于通过调节根部与端部的龙门架高度、水平度、平面度使得零重力模拟子系统保持水平，并对太阳翼/天线结构输出竖直恒力。水平随动系统主要由主动随动摇臂和二维随动气浮平台组成，起到跟踪太阳翼/天线结构模拟件的作用。竖直恒力悬吊系统主要由电机卷扬系统、拉簧系统、拉力传感器和吊架组成，起到实时抵消太阳翼/天线结构模拟件重力的作用。
悬吊绳始终保持竖直方向，实时抵消模拟太阳电池阵的重力作用，达到太阳翼/天线结构模拟件零重力补偿时的零刚度要求，使模拟太阳电池阵的挠性振动保持其固有特性，真实反映刚柔耦合动力学特性。

Claims (3)

1.主被动结合式悬吊零重力模拟系统，包括摇臂、轨道、滚轮、控制系统、控制电机；
控制系统的电机驱动信号输出端与摇臂末端的控制电机的驱动信号输入端连接；控制系统用于对摇臂末端的切线速度进行实时的控制，从而达到目标位置；轨道为30度的圆弧，摇臂的前端通过滚轮在轨道内沿轨滑动；其特征是：还包括龙门架子系统和零重力模拟子系统；
龙门架子系统用于提供整个零重力模拟系统的工作高度； 还用于提供工作面和支撑摇臂所附带的系统；
零重力模拟子系统由水平随动系统和竖直恒力悬吊系统组成；
水平随动系统由主动随动摇臂和二维随动气浮平台组成；用于跟踪太阳翼/天线结构模拟件；水平随动系统用于对搭载物体实现二维的无摩擦水平，即在以摇臂所在平面二维上的水平由气浮实现无摩擦伺服随动；
竖直恒力悬吊系统由电机卷扬系统、拉簧系统、拉力传感器和吊架组成；
电机卷扬系统用于通过电机驱动卷筒转动，实现绳索的升降；
拉簧系统用于提供缓冲，和为控制系统提供力反馈信号；
拉力传感器用于测量绳索的张力，作为控制系统的控制参数，以保证输出力的稳定并实时反馈电机输出拉力；
吊架上方与绳索相连，下方分为两个悬吊绳，使得悬吊力分散开；
基于主被动结合式悬吊零重力模拟系统的模拟方法，该方法为：零重力模拟子系统与龙门架子系统配合，悬吊复杂挠性部件-太阳翼/天线结构，通过竖直恒力悬吊系统提供竖直外力，在地面模拟空间微低重力，调节吊点的恒力输出使得太阳翼/天线结构没有附加力矩，配合二维随动气浮平台跟随太阳翼/天线结构的水平高频扰动，实现挠性部件的地面微低重力模拟。
2.根据权利要求1所述的主被动结合式悬吊零重力模拟系统，其特征在于，龙门架子系统由两个龙门架组成，用于支撑水平随动系统和竖直恒力悬吊系统，通过调节根部与端部的龙门架高度、水平度、平面度使得零重力模拟子系统保持水平，并对太阳翼/天线结构输出竖直恒力；竖直恒力悬吊系统起到实时抵消太阳翼/天线结构模拟件重力的作用。
3.根据权利要求2所述的主被动结合式悬吊零重力模拟系统，其特征在于，悬吊绳始终保持竖直方向，实时抵消模拟太阳电池阵的重力作用，达到太阳翼/天线结构模拟件零重力补偿时的零刚度要求，使模拟太阳电池阵的挠性振动保持其固有特性，真实反映刚柔耦合动力学特性。
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