月球车建模分析及滑转量估计研究

论文摘要

月球探测车的研制是一项复杂的系统工程,它涉及到众多领域的技术。本文针对新研制的八轮扭杆摇杆转向架式月球车进行多方面基础性研究,为其自主运动和控制提供理论保障和坚实基础。本文首先将对月球车进行运动学分析,分别对轮地接触、整车结构和滑移进行建模,得到适用于崎岖地形的月球车正运动学模型。针对驱动和转向情况对逆运动学模型进行求解,对驱动角速率和转向角速率的计算公式进行推导,并针对不同的地形情况,在Matlab中用优化的方法进行仿真和分析。由于滑转量是月球车在松软的月壤上行驶时所必须考虑的,是运动学滑移模型中的关键参数,然后围绕滑转量的估计,本文将对月球车进行动力学分析——从单个轮的轮地接触机理分析入手,推导出整车的动力学模型,并经过分析和简化推导出以滑转率为状态变量的控制模型。最后,针对以滑转率为状态变量的控制模型,采用滑模变结构理论,将根据指数趋近率方法设计控制器。为减小抖振,需对参数选取进行分析。并基于Matlab/Simulink进行仿真和分析。控制滑转率达到期望值,就可用滑转率的定义式对滑转量进行求解。滑转量的估计完善了月球车的运动学模型,将为其运动控制提供重要参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 车体结构的研究现状
• 1.2.2 月球车建模和估计方法的研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第2章 运动学建模分析
• 2.1 八轮扭杆摇杆转向架式月球车
• 2.2 正运动学模型
• 2.2.1 轮地接触模型
• 2.2.2 车体机构模型
• 2.2.3 滑移模型
• 2.2.4 速度雅克比矩阵
• 2.3 逆运动学模型
• 2.3.1 逆运动学模型求解方法
• 2.3.2 驱动问题求解
• 2.3.3 转向问题求解
• 2.4 运动学模型仿真分析
• 2.4.1 运动学仿真方法
• 2.4.2 仿真结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 动力学建模分析
• 3.1 轮地接触机理分析
• 3.1.1 滑转率
• 3.1.2 轮地接触机理
• 3.2 整车动力学模型
• 3.3 动力学模型分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 月球车滑转率控制和滑转量估计
• 4.1 滑模变结构控制器设计
• 4.1.1 变结构控制基本原理
• 4.1.2 滑转率控制器设计
• 4.2 仿真结果分析
• 4.3 滑转量估计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢