Синтез и моделирование системы управления движением космического телескопа с помощью робота параллельной структуры

• Автор: Демидов, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор методов синтеза и моделирования систем управления движением с помощью роботов параллельной структуры
1.1 Анализ роботов параллельной структуры с точки зрения системного анализа
1.2 Анализ методов управления роботами параллельной структуры
1.3 Возможности использования роботов параллельной структуры
для космического телескопа.
Глава 2. Разработка методов и алгоритмов структурно-параметрического синтеза роботов параллельной структуры, предназначенных для космического телескопа.
2.1 Разработка методов и алгоритмов структурно-параметрического синтеза роботов параллельной структуры основанных на винтовом исчислении
2.2 Структурно- параметрический синтез роботов параллельной структуры с частичной кинематической развязкой
2.3. Структурно- параметрический анализ и синтез робота параллельной структуры с тремя степенями свободы, предназначенного для космического телескопа.
Глава 3. Разработка критериев и модели описания системы управления роботом параллелыюй структуры
3.1 Определение уравнений связей налагаемые управляющими кинематическими цепями на движение выходного объекта
3.2 Моделирование кинематических соотношений на основе дифференцируемых уравнений связи
3.3 Критерии и модели управления роботом с учетом сингулярностей для управления роботом параллельной структуры, предназначенным для космического телескопа.
Глава 4. Разработка специального математического обеспечения системы управления роботом параллельной структуры, предназначенным для космического телескопа
4.1 Разработка специального математического обеспечения системы управления роботом с учетом свободных колебаний робота параллельной структуры как нелинейной колебательной системы
4.2 Разработка специального математического обеспечения системы управления роботом с учетом вынужденных колебаний робота параллельной структуры как нелинейной колебательной системы
Глава 5. Разработка проблемно-ориентированных алгоритмов управления роботом параллельной структуры, предназначенным для космического телескопа
5.1 Разработка следящей системы с обратной связью по положению
5.2 Разработка следящей системы с обратными связями по положению
и скорости
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы
Развитие многих фундаментальных наук, в том числе космической астрономии требует создания новых высокоэффективных средств получения научных данных. В настоящее время широко известны космические телескопы, с помощью которых получены многие важные научные результаты, касающиеся устройства Вселенной. Однако в данных телескопах перемещения антенны относительно базовой платформы не предусмотрены, хотя это могло бы повысить их функциональные возможности. Имеют место лишь устройства для гашения взаимных колебаний.
В телескопах нового поколения планируется устанавливать робототехнические системы для перемещения антенны. Это очень сложная задача ввиду наличия температур, близких к абсолютному нулю, требуемой высокой точности позиционирования, кроме того, следует учесть и необходимость гашения взаимных колебаний космического аппарата и антенны телескопа.
Для решения указанной технической задачи наиболее приемлемыми представляются механизмы параллельной структуры, которые имеют несколько кинематических цепей и воспринимают нагрузку подобно пространственным фермам. Данные устройства отличаются высокими показателями по точности и нагрузочной способности, однако, при их использовании для манипулирования антеннами космических телескопов возникают некоторые проблемы. В частности, речь идет о структурном синтезе, моделировании и управлении этими объектами при учете условий, существующих в космическом пространстве.
Тема диссертационной работы посвящена решению этих проблем, и в свете изложенного она представляется актуальной.

Другой подход — это синтезировать робот, обеспечивающий движение антенны в плоскости с сохранением цента масс. При этом второй поворот должен осуществлять двигателями космического аппарата.
Следует учесть наличие возможных структурных сингулярностей. Речь идет о том, что робот может содержать несколько кинематических цепей, налагающих по одной связи. Данные связи обусловливают определенное число степеней свободы. Но имеют место сингулярности, в которых указанные связи вырождаются. В данных положениях робот приобретает дополнительную подвижность, и мгновенное число степеней свободы становится больше, чем количество приводов. Это один из самых опасных видов сингулярностей. Во избежание такой сингулярности робот должен быть построен так, чтобы все кинематические цепи налагали одинаковые связи, которые являются повторяющимися. В этом случае структурная сингулярность отсутствует.
Представим пример структурной сингулярности. Это робот с тремя степенями свободы, предназначенный для вращательных движений выходного звена. Его отличительной особенностью является пересечение осей входных и выходных вращательных кинематических пар каждой цепи.
При возникновении сингулярности оси промежуточных вращательных кинематических пар параллельны плоскости ХОУ, и имеется возможность вертикального перемещения выходного звена. Это движение не является основным, и оно представляет' собой нарушение функциональных возможностей. Очевидно, что таких ситуаций следует избегать.
В последующей главе будут представлены роботы для обеспечения перемещения антенны с разным числом степеней свободы, причем все рассматриваемые роботы не будут иметь структурную сингулярность.