RTX下高分辨率精确授时系统设计

为实现空间遥操作系统对高分辨率精确时间同步的设计要求,设计了一种以GPS授时机为基准时源,在RTX下将NAME时间电文信息和秒脉冲信号相结合获取高精度时间的授时方法;在RTSS中设计了NAME时间电文解析、秒脉冲信号捕获、秒脉冲分频等功能模块;利用RTX的高速IPC通信与同步机制,将RTSS获取的高分辨率时间信息以共享内存的方式提供给Win32进程使用;经试验测试表明,在WindowsXP+RTX平台下,可以提供稳定可靠的分辨率为200μs,1s内误差不超过200μs的时间信息。     

一种网络化伺服电机运动控制系统设计

针对电机运动控制系统网络化的发展趋势,设计了一种基于现场总线的网络化伺服电机运动控制系统;文章首先对该系统的硬件设计和各部分器件的功能和优势进行了描述,然后详细介绍了系统的软件工作流程,最后对所设计的网络化伺服电机运动控制系统的可靠性、实时性和易用性进行了验证和分析;现场总线技术和EPOS24-1数字式位置控制器在系统中得到了应用,设计的网络化伺服电机运动控制系统可靠性好,实时性高,具有一定的实用性和推广价值.     

TRL校准方法的实现与应用

介绍了目前矢量网络分析仪广泛存在的误差,分析了各项误差的产生机理,针对可修正的系统误差列举了误差校准的方法。详细地推导了针对平面电路的TRL校准方法的算法,制作了TRL校准件,用矢量网络分析仪测量了实际效果,实验结果表明,TRL校准方法有很高的精确度和实用性。     

面向接管控制的空间机器人操控技术综述

为了延长在轨故障卫星的寿命、移除重要轨道位置上的空间碎片或失效卫星,使用空间机器人对空间目标的姿态或/和轨道进行接管控制变得越来越重要。本文系统调研了各类可用于对空间目标进行接管控制的手段,并将其按照与目标接触方式的不同,分成了刚性接管控制、绳系柔性接管控制以及非接触式接管控制,对各种接管控制手段进行了详细的阐述。最后对这3类接管控制手段的具体原理、操作方式及关键技术进行了系统的总结和分析,概括了各自的特点以及优劣势,对相关领域的理论与实践研究进行了展望。     

高超声速巡航飞行器下滑段在线航迹规划方法

为满足高超声速巡航飞行器下滑段在线航迹规划的实时性要求,提出了一种快速航迹规划方法.在数学模型的基础上,采用了分层规划的方法.先将弹道约束和准平衡约束转化为安全走廊,再根据终端约束和中心线原则在安全走廊内规划出基准航迹,并以基准航迹对应的控制序列为基础,利用PRP(Polak-Ribiere-Polyak)共轭梯度法对基准航迹进行优化从而得到了最优航迹,并对最大航程和时间最短航迹进行了仿真.仿真结果表明:规划出的航迹能够很好地满足下滑段任务要求,并且规划时间短,稳定性好,满足在线规划要求.     

空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应控制器设计

针对空间绳系机器人（Tethered space robot,TSR）目标抓捕过程中的稳定控制问题,建立空间绳系机器人系统模型,根据阻抗控制原理,设计基于位置的阻抗控制方法;针对空间绳系机器人系统的模型不确定性问题,利用神经网络对不确定性进行估计补偿,设计鲁棒项对空间系绳干扰和神经网络估计误差的影响进行抑制,在此基础上设计空间绳系机器人目标抓捕鲁棒自适应稳定控制器,并进行稳定性证明.最后对设计的控制器进行仿真验证.作为对比,对无鲁棒项自适应的稳定控制器进行仿真.仿真结果表明,设计的基于阻抗控制的鲁棒自适应控制可以实现对空间绳系机器人目标抓捕过程中的稳定控制,与无鲁棒项自适应的稳定控制器仿真结果相比,本文采用的鲁棒自适应控制方法可以有效地对不确定性进行补偿,控制过程中超调量更小,收敛时间更短,并且控制精度更高.     

基于混合算法的空间机器人运动学参数辨识

外太空环境恶劣,空间遥操作机器人结构在太空环境作业时会产生形变,而且其加工生产也存在加工误差,空间遥机器人的形变引起DH参数的误差,为了完成空间机器人系统的地而仿真预测,并且确保空间遥操作机器人完成工作任务,必须根据遥测数据准确的辨识出空间机器人系统的运动学参数.提出了混合非线性参数辨识的LM(Levenberg-Marquarat)和递推最小二乘办法的混合辨识算法.最后,给出了办法的实例仿真,说明了辨识算法的稳定性,能够完成对空间遥操作机器人的运动学参数的辨识.     

蓬勃发展的空间机器人技术与应用

随着人类太空探索的深入,机器人已经在空间各领域得到了广泛应用,尤其是为载人航天、月球与深空探测、小天体采样返回等航天任务提供了重要的支撑。空间机器人可代替或协助人类在空间环境中进行各种作业,在成本、效率、安全等方面具有突出优势,但空间的大温差、高真空、强辐射、大时延、微重力等苛刻环境,以及航天器的质量、体积、功耗、寿命、可靠性等因素的约束,对空间机器人的研发和应用提出了极大的挑战。面向未来空间大型设施在轨构建、航天器在轨维护维修、宇宙资源就位开发利用等任务,越来越多的新型空间机器人概念被提出,多种样机被开发出来进行地面验证和在轨试验以推进空间机器人技术的发展。 迄今为止,空间机器人的研究主要面向在轨服务（on-orbit servicing,OOS）机器人和星球探测车（planetary rover）两大领域,涉及到新型机器人结构与机构设计、动力学、运动规划与控制、目标定位和捕获、空间遥操作、人机交互、多机协同等核心技术。就目前的研究现状来看,空间机器人仍然存在许多不足之处。(1) 当前空间机器人承担的任务仍然比较简单。对于在轨操作类机器人来说,高速目标捕获、精密装配、多臂协调或多机器人协同操作等任务目前仍大多处于地面实验阶段,仅有少量在轨应用;对于星球探测机器人,机器人在复杂地面环境上进行高速移动探测,以及对深层坚硬样品自主采集等任务尚存在一定困难。(2) 当前机器人的空间环境适应能力不足。高精度、高承载工况下的长寿命传动与润滑、极端高低温环境下的材料适应能力及长时间无光照条件下的能源供给问题亟需解决。(3) 当前空间机器人自主性较低。目前常用的预编程自动控制或遥操作执行效率低,机器人缺乏自主性,主要应用于已知的、结构化环境。这些难题仍需要世界各国的研究者共同探索解决。 近年来,物联网、云计算、人工智能等技术的飞速发展,推动空间机器人技术发生深刻的变化,空间机器人逐渐向构形多样化、执行任务复杂化、在轨服务对象多元化、操控模式自主化的方向发展。这也对空间机器人的研发和应用提出了更多要求。未来面向太空探索,考虑到任务和环境的多样性,充分利用机械、感知、控制、材料、力学、人工智能等方面的最新科技成果,促进空间机器人理论和技术的快速发展,提高机器人的环境感知能力成为重中之重。一方面,要使空间机器人能够进行更为精细复杂的操作,实现自然灵活的人机交互,完成由半自主向自主操作的转变。另一方面,共享型、协同化、智能化成为空间机器人发展的必然趋势,机器人有望能自主识别和重构出新一代的模块化航天器、能实现多机和多人协同操作、能够就位利用空间资源、能完成自主学习和决策,为人类的深空探索做出更大的贡献。