● 摘要
随着航天事业的发展，卫星跟踪技术已广泛的应用于军用和民用领域，如空间探测，目标跟踪等，其技术的发展已经成为一个国家综合国力的象征。卫星跟踪技术的研究由单纯计算机虚拟仿真向应用试验平台实物仿真的方向转变，所以，卫星模拟跟踪试验平台的设计与研究就成为卫星跟踪系统研究的一个重要环节。本文在国家航天863项目的支持下对卫星跟踪实验平台设计的关键技术展开研究，主要工作如下。首先，根据项目技术要求进行卫星跟踪试验平台的总体方案设计，包括：用两轴、低速、高精度伺服转台模拟卫星姿态；三坐标运动平台模拟地面目标运动轨迹。在此基础上，分别对转台系统和三坐标运动平台系统的机械本体结构进行设计，并完成样机的加工、装配与调试。接着，为保证转台的刚度及系统的稳定性，对于主要旋转支撑部件转盘轴承的机械特性进行了分析研究。基于转盘轴承的承载模型，提出了计算转盘轴承的摩擦阻尼力矩的一种新方法即压力叠加法。为电机选择、转台的动力学和控制奠定了基础。针对实验平台系统低速、高精度的技术要求，构建了两轴转台及三坐标运动平台的控制系统，包括两轴转台闭环伺服控制系统的硬件设计，三坐标运动平台开环伺服控制系统的硬件设计。基于TCP/IP网络协议，完成了整个跟踪平台的通讯系统设计，然后，采用多线程方式开发了控制系统软件。最后，在深入研究多种伺服控制方法特点的基础上，采用基于数字PID控制策略，建立转台控制系统的动力学模型。应用经验法选取控制系统PID参数，在Matlab环境下对转台控制系统进行仿真，以此对所选取的PID参数进行优化，并将最终优化结果应用于实验研究。本文设计的两轴、低速、高精度伺服转台和三坐标地面目标运动轨迹模拟平台可以作为试验平台应用于卫星跟踪的试验研究。本文的理论基础和实验结果可以为同类型设备的研制提供理论依据。