航天器在轨服务六自由度运动仿真系统设计与分析
这是一篇关于航天器在轨服务,全物理模拟仿真,微重力模拟,滑模控制,效能评估的论文, 主要内容为当前,各航天大国纷纷在航天器的空间交互、在轨对接、在轨服务等方面进行布局,航天器空间任务的研发极耗资源,设计能够在地面对航天器在轨交互进行充分模拟试验的仿真系统,能够有效降低航天器在轨服务研究的研发费用,保障此类任务的安全性和可靠性,具有深远意义。航天器在轨服务系统中,服务航天器和目标航天器的相对运动及姿轨控算法是根本,在轨服务单元与航天器的协同配合是关键,实现这些核心技术需要进行大量试验并分析验证其可行性。本文针对航天器在轨服务核心技术的研发和验证需求,设计航天器在轨服务六自由度运动仿真系统,并对所设计的系统使用两种方法进行效能评估,以评估该仿真方案试验结果的可信任度,为航天器在轨服务核心技术的研发提供地面仿真方案。首先,针对航天器在轨服务的高成本高风险性问题,总结了该领域国内外的研究现状,研究了航天器在轨服务六自由度运动仿真系统设计问题。定义了航天器相对运动中所需坐标系,建立相对运动的轨道动力学模型,完成C-W方程的简单推导并求得其解析解;将整个仿真系统分为四部分,分别设计各部分的组成结构及实现方案;航天器在轨运行的实际环境与地面仿真环境存在巨大差异,为在轨服务地面仿真系统设计时空缩比方案并分析其带来的缩比误差,确保缩比方案的可行性。然后,针对航天器空间运动的无重力环境,为航天器模拟器设计六自由度微重力模拟系统。整体分为水平气浮分系统、垂向气-电并联分系统、航天器模拟器三维转动分系统,分别设计其系统结构;其中垂直方向的重力卸载是该微重力模拟系统的研究重点,建立低摩擦活塞气缸系统和电机直线驱动滚珠丝杠系统的动力学模型,为后文垂向重力卸载控制算法的设计与仿真验证奠定理论基础。其次,为航天器模拟器的垂向重力卸载,针对微重力模拟系统中的气-电“并联”子系统,研究控制算法。活塞气缸系统作为典型的非线性系统,通过分析其动力学模型,将对模拟器的重力平衡转化为对其垂向位移轨迹的实时跟踪,采用传统滑模控制并分析控制器稳定性,其次设计非奇异Terminal滑模控制器,保证系统跟踪误差在有限时间内收敛至零;基于对气动系统的控制研究,为电动系统设计指数趋近的滑模控制器,与未规定趋近律的滑模控制器相比有效提高系统响应速度、减小轨迹跟踪误差;最后为气-电“并联”子系统设计交叉耦合控制算法,减小了气动系统和电动系统之间的轨迹跟踪差。最后,研究了该仿真系统的效能评估方法。阐述了层次分析法效能评估的原理和实现步骤,为本文所设计的仿真系统建立层次模型、分析各分系统的相似性、最终完成整体系统的效能评估;基于层次分析法的不足,使用改进信息熵法对仿真系统再次进行效能评估,对特定仿真任务建立信息流图、确定系统节点的影响因素、给出效能评估结果,此方法再次证明了仿真系统的可行性,并且从评估结果验证两种评估方法的优劣。
航天器在轨服务六自由度运动仿真系统设计与分析
这是一篇关于航天器在轨服务,全物理模拟仿真,微重力模拟,滑模控制,效能评估的论文, 主要内容为当前,各航天大国纷纷在航天器的空间交互、在轨对接、在轨服务等方面进行布局,航天器空间任务的研发极耗资源,设计能够在地面对航天器在轨交互进行充分模拟试验的仿真系统,能够有效降低航天器在轨服务研究的研发费用,保障此类任务的安全性和可靠性,具有深远意义。航天器在轨服务系统中,服务航天器和目标航天器的相对运动及姿轨控算法是根本,在轨服务单元与航天器的协同配合是关键,实现这些核心技术需要进行大量试验并分析验证其可行性。本文针对航天器在轨服务核心技术的研发和验证需求,设计航天器在轨服务六自由度运动仿真系统,并对所设计的系统使用两种方法进行效能评估,以评估该仿真方案试验结果的可信任度,为航天器在轨服务核心技术的研发提供地面仿真方案。首先,针对航天器在轨服务的高成本高风险性问题,总结了该领域国内外的研究现状,研究了航天器在轨服务六自由度运动仿真系统设计问题。定义了航天器相对运动中所需坐标系,建立相对运动的轨道动力学模型,完成C-W方程的简单推导并求得其解析解;将整个仿真系统分为四部分,分别设计各部分的组成结构及实现方案;航天器在轨运行的实际环境与地面仿真环境存在巨大差异,为在轨服务地面仿真系统设计时空缩比方案并分析其带来的缩比误差,确保缩比方案的可行性。然后,针对航天器空间运动的无重力环境,为航天器模拟器设计六自由度微重力模拟系统。整体分为水平气浮分系统、垂向气-电并联分系统、航天器模拟器三维转动分系统,分别设计其系统结构;其中垂直方向的重力卸载是该微重力模拟系统的研究重点,建立低摩擦活塞气缸系统和电机直线驱动滚珠丝杠系统的动力学模型,为后文垂向重力卸载控制算法的设计与仿真验证奠定理论基础。其次,为航天器模拟器的垂向重力卸载,针对微重力模拟系统中的气-电“并联”子系统,研究控制算法。活塞气缸系统作为典型的非线性系统,通过分析其动力学模型,将对模拟器的重力平衡转化为对其垂向位移轨迹的实时跟踪,采用传统滑模控制并分析控制器稳定性,其次设计非奇异Terminal滑模控制器,保证系统跟踪误差在有限时间内收敛至零;基于对气动系统的控制研究,为电动系统设计指数趋近的滑模控制器,与未规定趋近律的滑模控制器相比有效提高系统响应速度、减小轨迹跟踪误差;最后为气-电“并联”子系统设计交叉耦合控制算法,减小了气动系统和电动系统之间的轨迹跟踪差。最后,研究了该仿真系统的效能评估方法。阐述了层次分析法效能评估的原理和实现步骤,为本文所设计的仿真系统建立层次模型、分析各分系统的相似性、最终完成整体系统的效能评估;基于层次分析法的不足,使用改进信息熵法对仿真系统再次进行效能评估,对特定仿真任务建立信息流图、确定系统节点的影响因素、给出效能评估结果,此方法再次证明了仿真系统的可行性,并且从评估结果验证两种评估方法的优劣。
多电飞机机电系统效能评估方法研究
这是一篇关于飞机机电系统,效能评估,指标体系,多数据源,可信度,数据融合的论文, 主要内容为机电系统是多电飞机的重要组成部分,其综合性能是飞机进行飞行、升级、维修等任务的必要前提,直接影响给定任务的完成程度。而可靠的效能评估有助于分析实际作业中机电系统的运行情况及其结构功能设计,是研究系统完成任务所需能力的有力工具。本课题以面向能量的多电飞机机电系统为研究对象,从提高效能结果可靠性出发,对机电系统的效能评估方法开展了系统的研究。首先,总体设计多电飞机机电系统效能评估方法。通过指标体系设计和评估体系设计两大模块,分析总体效能评估方法流程。同时对机电系统的能量分布形式、飞机飞行阶段特点等基础理论展开研究。然后,详细设计效能指标体系。结合飞机机电系统的结构、功能,以及机电系统效能的任务特点,构建了一种服务于机电系统的效能指标体系构建模式,依据模式拟定了面向能量的多电飞机机电系统效能指标体系。同时,详细设计效能评估体系,研究了基于信念图和灰色关联理论的指标数据可信度计算和表达方法,实现了定性、定量指标数据的可信度计算和数据统一表达;通过层次分析法(AHP)和熵权法相互补的组合赋权法,对效能指标体系进行了相对权重分析;采用扩展贝叶斯理论和线性加权法,完成了指标数据的融合和系统综合效能的研究。最后,利用多电飞机机电系统的分布式仿真平台设置了评估算例,将提出的效能评估方法进行了实例化验证。实验结果表明,所提出的效能评估方法稳定可行。通过MATLAB软件设计了多电飞机机电系统效能评估软件,实现了本课题提出的效能评估方法的功能,为研究多电飞机机电系统的效能提供了辅助工具。
多电飞机机电系统效能评估方法研究
这是一篇关于飞机机电系统,效能评估,指标体系,多数据源,可信度,数据融合的论文, 主要内容为机电系统是多电飞机的重要组成部分,其综合性能是飞机进行飞行、升级、维修等任务的必要前提,直接影响给定任务的完成程度。而可靠的效能评估有助于分析实际作业中机电系统的运行情况及其结构功能设计,是研究系统完成任务所需能力的有力工具。本课题以面向能量的多电飞机机电系统为研究对象,从提高效能结果可靠性出发,对机电系统的效能评估方法开展了系统的研究。首先,总体设计多电飞机机电系统效能评估方法。通过指标体系设计和评估体系设计两大模块,分析总体效能评估方法流程。同时对机电系统的能量分布形式、飞机飞行阶段特点等基础理论展开研究。然后,详细设计效能指标体系。结合飞机机电系统的结构、功能,以及机电系统效能的任务特点,构建了一种服务于机电系统的效能指标体系构建模式,依据模式拟定了面向能量的多电飞机机电系统效能指标体系。同时,详细设计效能评估体系,研究了基于信念图和灰色关联理论的指标数据可信度计算和表达方法,实现了定性、定量指标数据的可信度计算和数据统一表达;通过层次分析法(AHP)和熵权法相互补的组合赋权法,对效能指标体系进行了相对权重分析;采用扩展贝叶斯理论和线性加权法,完成了指标数据的融合和系统综合效能的研究。最后,利用多电飞机机电系统的分布式仿真平台设置了评估算例,将提出的效能评估方法进行了实例化验证。实验结果表明,所提出的效能评估方法稳定可行。通过MATLAB软件设计了多电飞机机电系统效能评估软件,实现了本课题提出的效能评估方法的功能,为研究多电飞机机电系统的效能提供了辅助工具。
基于鱼雷武器的作训仿真系统设计与研究
这是一篇关于鱼雷武器,作训仿真,分布式仿真,效能评估的论文, 主要内容为随着军事科技的快速发展,海军部队鱼雷武器装备水平不断提高,战争的复杂性和破坏性也越来越强。那么在和平时期如何训练海军部队,提高部队整体战斗能力,是各国面临的共同问题。而解决这一问题的最有效途径是仿真作战训练。论文中设计了基于鱼雷武器的海战仿真作战训练系统,该系统以分布式仿真技术和面向对象软件理论为基础,充分利用作战仿真的成熟技术,基于可拓展仿真平台XSIM,开发了以数字仿真模型为支撑,集成训练方案规划、训练过程推演和作战效能评估于一体的分布式仿真作训系统。该系统从时间流程上可分为训练准备阶段、训练实施阶段和效能分析评估阶段。训练准备阶段设计了一体化的训练数据库管理软件和灵活配置训练任务方案的训练规划软件。训练实施阶段主要包括训练运行支撑模块、训练导调控制模块、兵力控制模块、CGF模型、二维态势显示和训练数据采集模块。训练运行支撑模块为鱼雷仿真作战训练系统运行提供基础支撑集成环境,其中基于离散事件推进机制的高效仿真引擎为CGF和鱼雷模型提供模型框架、为系统运行提供调度和服务;训练导调控制主要是控制仿真运行开始、暂停、加速和结束,诱导作训人员完成作训任务过程;兵力控制模块是根据不同席位角色权限控制仿真实体行动;CGF模型是导调席位根据训练进展随机导调,动态增加、删除作训兵力,改变战场训练态势,是实现“活演活调”的关键;二维态势显示通过实时或回放的方式,动态展现仿真推演过程;在训练过程中数据采集模块实时采集训练过程中的想定数据、态势数据、仿真实体和导调控制指令等数据,并储存到数据库;分析评估模块主包括两种方式,一是以视频文件回放的方式现场根据专家经验进行评估,二是设计评估指标体系和评估效能算法,基于训练过程中采集的数据,给出给出更加科学、合理的效能评估结果。上述模块均在XSIM仿真平台上以构建化的插件方式和面向服务的体系架构设计进行开发,主要开发技术有 C++,Qt 和 Mysq]。最后,论文根据鱼雷武器作战流程,使用训练方案规划软件设计了一个鱼雷武器单设备战术级模拟训练任务,包括训练目的、训练科目、参训人员、作训席位配置以及训练想定方案,并进行仿真推演和数据采集。最后通过设计鱼雷武器效能评估指标体系,给出本次作战训练效能评估结果并给出系统优化和改进措施。
多电飞机机电系统效能评估方法研究
这是一篇关于飞机机电系统,效能评估,指标体系,多数据源,可信度,数据融合的论文, 主要内容为机电系统是多电飞机的重要组成部分,其综合性能是飞机进行飞行、升级、维修等任务的必要前提,直接影响给定任务的完成程度。而可靠的效能评估有助于分析实际作业中机电系统的运行情况及其结构功能设计,是研究系统完成任务所需能力的有力工具。本课题以面向能量的多电飞机机电系统为研究对象,从提高效能结果可靠性出发,对机电系统的效能评估方法开展了系统的研究。首先,总体设计多电飞机机电系统效能评估方法。通过指标体系设计和评估体系设计两大模块,分析总体效能评估方法流程。同时对机电系统的能量分布形式、飞机飞行阶段特点等基础理论展开研究。然后,详细设计效能指标体系。结合飞机机电系统的结构、功能,以及机电系统效能的任务特点,构建了一种服务于机电系统的效能指标体系构建模式,依据模式拟定了面向能量的多电飞机机电系统效能指标体系。同时,详细设计效能评估体系,研究了基于信念图和灰色关联理论的指标数据可信度计算和表达方法,实现了定性、定量指标数据的可信度计算和数据统一表达;通过层次分析法(AHP)和熵权法相互补的组合赋权法,对效能指标体系进行了相对权重分析;采用扩展贝叶斯理论和线性加权法,完成了指标数据的融合和系统综合效能的研究。最后,利用多电飞机机电系统的分布式仿真平台设置了评估算例,将提出的效能评估方法进行了实例化验证。实验结果表明,所提出的效能评估方法稳定可行。通过MATLAB软件设计了多电飞机机电系统效能评估软件,实现了本课题提出的效能评估方法的功能,为研究多电飞机机电系统的效能提供了辅助工具。
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