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工程设计学报
工程设计学报  2022, Vol. 29 Issue (6): 676-683    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.091
设计理论与方法     
空间站舱体水平旋转装备六点调平算法及同步控制方法
任明妍(),谭旭,曾婷,王荣,李海月
北京卫星制造厂有限公司，北京 100094
Six-point leveling algorithm and synchronous control method for horizontal rotating equipment of space station cabin
Ming-yan REN(),Xu TAN,Ting ZENG,Rong WANG,Hai-yue LI
Beijing Satellite Manufacturing Factory Co. , Ltd. , Beijing 100094, China
 全文: PDF(1830 KB)   HTML
摘要：

针对空间站舱体水平旋转装备负载30 t后在长度方向上易产生变形的问题，提出了六点调平算法及同步控制方法。在原有空间站舱体水平旋转装备的4个边角处各安装1条螺旋升降支腿的基础上，在2条长边的中心位置处各增加1条螺旋升降支腿，通过协同控制各螺旋升降支腿的高度，使得水平旋转装备上平面的水平度达到0.001°以内，以确保空间站舱体的质心稳定以及结构不发生变形。同时，利用理论仿真验证了六点调平算法及同步控制方法的可行性。经实验测试，所提出方法的调平效果良好，6条螺旋升降支腿的同步控制误差小于8 ms；调平后水平旋转装备上平面水平度的最大误差为0.000 8°，最大变形量为0.074 mm，可忽略不计，符合预期目标。结果表明，六点调平算法及同步控制方法的应用有效避免了空间站舱体水平旋转装备负载30 t后在长度方向上产生变形的问题，提高了水平旋转装备的水平度并延长了其使用寿命，同时确保了空间站舱体放置在水平旋转装备上后质心稳定，这可为后续的空间站总装过程提供技术保障。
关键词： 空间站舱体;  水平旋转装备;  六点调平算法;  同步控制方法;  水平度    
Abstract:

Aiming at the problem that the horizontal rotating equipment of space station cabin is easy to deform in the length direction after bearing load of 30 t, a six-point leveling algorithm and synchronous control method was proposed. On the basis of installing one screw lifting outrigger at each of the four corners of the original horizontal rotating equipment of space station cabin, one screw lifting outrigger was added at the center of two long sides, and the levelness of the horizontal rotating equipment upper plane was within 0.001° through the coordinated control of the height of each screw lifting outrigger, so as to ensure the centroid stability and no structure deformation of the space station cabin. At the same time, the feasibility of six-point leveling algorithm and synchronous control method was verified by theoretical simulation. The experimental test showed that the proposed method had good leveling effect, and the synchronous control error of six screw lifting outriggers was less than 8 ms; after leveling, the maximum error of upper plane levelness of the horizontal rotating equipment was 0.000 8°, and the maximum deformation was 0.074 mm, which could be ignored and met the expected goal. The results showed that the application of the six-point leveling algorithm and synchronous control method effectively avoided the deformation in the length direction of the horizontal rotating equipment of space station cabin after bearing load of 30 t, improved the levelness of the horizontal rotating equipment and extended its service life, and ensured the centroid stability of the space station cabin after it was placed on the horizontal rotating equipment, which could provide technical support for the subsequent space station assembly process.
Key words: space station cabin    horizontal rotating equipment    six-point leveling algorithm    synchronous control method    levelness
收稿日期: 2022-01-29 出版日期: 2023-01-06
CLC:  TH 115  
作者简介: 任明妍（1995—），女，河北沧州人，工程师，硕士，从事自动化技术开发研究，E-mail: renmingyan95@163.com，https://orcid.org/0000-0003-1297-5991
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任明妍
谭旭
曾婷
王荣
李海月

引用本文:

任明妍,谭旭,曾婷,王荣,李海月. 空间站舱体水平旋转装备六点调平算法及同步控制方法[J]. 工程设计学报, 2022, 29(6): 676-683.

Ming-yan REN,Xu TAN,Ting ZENG,Rong WANG,Hai-yue LI. Six-point leveling algorithm and synchronous control method for horizontal rotating equipment of space station cabin[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2022, 29(6): 676-683.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.091    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2022/V29/I6/676

图1  空间站舱体水平旋转装备六点调平原理
图2  基于六点调平的空间站舱体水平旋转装备控制系统硬件组成
图3  空间站舱体水平旋转装备上平面姿态示意
情况α1、 α2、 β1的大小与方向最高支腿
1α1<0°， α2<0°， β1>0°支腿1
2α1<0°， α2>0°， |α1|>|α2|， β1>0°
3α1<0°， α2<0°， β1<0°支腿2
4α1<0°， α2>0°， |α1|>|α2|， β1<0°
5α1>0°， α2<0°， β1>0°支腿3
6α1>0°， α2<0°， β1<0°支腿4
7α1>0°， α2>0°， β1>0°支腿5
8α1<0°， α2>0°， |α2|>|α1|， β1>0°
9α1>0°， α2>0°， β1<0°支腿6
10α1<0°， α2>0°， |α2|>|α1|， β1<0°
表1  空间站舱体水平旋转装备上平面角度与最高支腿的关系
图4  第1类姿态下（支腿5最高）开始调平后 α1、 α2、 β1的变化趋势
图5  第2类姿态下（支腿3最高）开始调平后 α1、 α2、 β1的变化趋势
图6  基于交叉耦合的六点调平同步控制原理
图7  支腿1的同步误差耦合模型
图8  空间站舱体水平旋转装备实物
图9  未采用/采用交叉耦合同步控制下支腿电机的转速曲线
图10  第1次调平过程中 α1、 α2、 β1的变化趋势
图11  第2次调平过程中 α1、 α2、 β1的变化趋势
实验序号调平后的α1、 α2、 β1/(°)
1α1=0.000 7， α2=0.000 4， β1=0.000 8
2α1=-0.000 5， α2=-0.000 4， β1=0.000 3
3α1=0.000 4， α2=-0.000 6， β1=-0.000 3
4α1=-0.000 4， α2=-0.000 5， β1=-0.000 4
5α1=0.000 8， α2=0.000 2， β1=-0.000 6
6α1=0.000 5， α2=-0.000 4， β1=0.000 4
7α1=-0.000 2， α2=0.000 5， β1=-0.000 5
8α1=-0.000 6， α2=-0.000 3， β1=0.000 5
9α1=-0.000 5， α2=0.000 7， β1=-0.000 3
10α1=-0.000 5， α2=0.000 8， β1=0.000 5
表2  每次调平实验后 α1 、 α2 、 β1 的最终值
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