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月球车轮—壤动力学及坡道行驶控制分析

作　者: 徐有生
导　师: 巩云鹏
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 月球车 轮-壤动力学 坡道行驶 控制系统 仿真试验
分类号: V476.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 2次
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内容摘要


随着我国月球车发射时间的临近,对月球车在复杂月面上的通过性能的分析也显得尤为重要。为了保证月球车在月面上具有良好的通过性能和越障能力,必须要对车轮-月壤相互作用特性进行分析计算,以确定月球车在月面上的行驶能力和运动控制策略。本文分析并简化修正了月球车车轮-月壤动力学模型,通过对月球车坡道行驶过程分析,提出了合理的坡道行驶时的运动控制策略,并在月球车可视化仿真系统中进行仿真验证。首先,分析了传统车轮-月壤动力学模型,详细考虑了月球车在低重力环境下车轮-月壤接触特性,指出现有动力学模型的不足。其次,针对传统Bekker理论简化模型在低重力环境下误差比较大的缺陷,结合Iagnemma的简化应力公式,提出了适合我国月球车的动力学修正模型,并进行了试验验证比较。给出了月球车在坡道上行驶时的轮-壤动力学模型。考虑前后车轮接触月壤特性的变化,对传统的车轮沉陷量计算方式进行了修正改进,使得改进后的沉陷量计算能够更加真实地反映月球车行驶过程中前后车轮的沉陷特性。提出月球车坡道行驶时基于PID控制算法的牵引力控制系统,通过分析月球车爬坡时的牵引通过性和稳定通过性以及下坡时的稳定性能,寻找出月球车坡道行驶时的运动控制策略。最后,借助月球车虚拟可视化仿真系统,对月球车坡道行驶时的通过性能和控制策略进行仿真试验。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 月球车轮-壤动力学模型以及运动控制策略的研究意义  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-15
    1.3.1 国内外轮-壤动力学研究现状  13-14
    1.3.2 国内外月球车运动控制策略研究现状  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-17
第2章 低重力环境下月球车轮-壤相互作用模型  17-31
  2.1 Bekker车轮-月壤力学模型  17-21
    2.1.1 月壤力学参数  17-18
    2.1.2 车轮与月壤的接触特性  18
    2.1.3 车轮承压模型  18-20
    2.1.4 车轮剪切模型  20-21
  2.2 低重力环境下车轮软土动力学分析  21-25
    2.2.1 车轮滑移率与接近角  21-22
    2.2.2 刚性车轮在月壤上的应力分析  22-23
    2.2.3 车轮软土动力学模型  23-25
  2.3 基于Bekker理论的动力学简化模型  25-27
  2.4 轮-壤动力学模型误差分析  27-28
  2.5 本章小结  28-31
第3章 月球车坡道行驶动力学模型  31-41
  3.1 基于月球车车轮应力-接触角线性简化模型  31-35
  3.2 月球车坡道行驶时轮-壤动力学模型  35-37
    3.2.1 月球车上坡轮-壤动力学模型  35-36
    3.2.2 月球车下坡轮-壤动力学模型  36-37
  3.3 月球车前后车轮沉陷量的计算  37-39
  3.4 本章小结  39-41
第4章 月球车坡道行驶运动控制策略分析  41-51
  4.1 月球车牵引力控制系统  41-43
    4.1.1 牵引力控制系统简介  41-42
    4.1.2 基于PID控制算法的牵引力控制  42-43
  4.2 月球车爬坡运动控制策略分析  43-47
    4.2.1 月球车爬坡牵引力  44
    4.2.2 月球车爬坡牵引通过性分析  44-45
    4.2.3 月球车爬坡稳定通过性分析  45-47
  4.3 月球车爬坡驱动效率分析  47-49
    4.3.1 月球车驱动效率  47-48
    4.3.2 滑移率影响分析  48-49
  4.4 月球车下坡通过性分析  49
  4.5 本章小结  49-51
第5章 月球车坡道行驶仿真与控制试验  51-63
  5.1 月球车爬坡试验仿真  51-57
    5.1.1 爬坡牵引力仿真  51-52
    5.1.2 爬坡驱动效率仿真  52
    5.1.3 牵引力控制前后月球车爬坡动力学试验  52-57
  5.2 月球车下坡仿真试验  57-62
    5.2.1 月球车下坡稳定性仿真  57-60
    5.2.2 控制系统前后月球车下坡动力学仿真  60-62
  5.3 本章小结  62-63
第6章 文章结论与展望  63-65
  6.1 本文研究工作总结  63-64
  6.2 未来的工作与展望  64-65
参考文献  65-71
致谢  71

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天器及其运载工具 > 航天站与空间探测器 > 月球探测器
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