遥操作交会对接仿真平台

摘要

本发明涉及一套适用于无人飞船交会对接任务的遥操作交会对接仿真平台。仿真平台将基于我国空间站设计参数开发的交会对接动力学与控制等的仿真模型，与研制的遥操作控制台硬件设备，通过系统集成技术有机结合，构成半实物仿真平台。通过设置不同的模型参数，仿真平台可进行站-船遥操作交会对接和地-船遥操作交会对接两种遥操作模式的仿真。用于支撑空间站工程的遥操作交会对接技术研究、遥操作交会对接的训练与试验研究等相关领域。

主权项

遥操作交会对接仿真平台的建立方法，包括建立遥操作交会对接仿真系统和遥操作交会对接控制台，其特征在于，具体包括：(1)建立遥操作交会对接仿真系统建立基于我国空间站和飞船设计参数的仿真模型，并对仿真模型进行软件实现，构建仿真系统；具体为：以J2000.0惯性坐标系为参考坐标系和计算坐标系，建立航天器轨道运动的动力学与控制方程；以航天器质心坐标系o_ccx_ccy_ccz_cc建立航天器的姿态动力学方程，以航天器轨道坐标系o_zξ_zη_zζ_z为参考坐标系建立姿态运动学方程；遥操作时延分为前向控制时延，即施加操作到控制指令执行的时延T₁，和返向测量时延，即测量设备测量到信息至该信息最终显示在遥操作终端的时延T₂，总时延T＝T₁+T₂；基于仿真平台进行试验，先通过仿真系统对时延仿真模型进行设置，根据设定的时延大小，分别模拟站‑船或地‑船遥操作交会对接两种模式；(2)遥操作交会对接控制台设计基于人机工效学分析进行遥操作交会对接，该控制台包括：遥操作交会对接控制手柄、遥操作交会对接指令面板、显示屏；所述遥操作交会对接控制台，通过硬件接口与上位机仿真系统交互数据：由仿真系统响应操作输入，进行遥操作交会对接的控制；同时，仿真上位机将测量仿真信息等需要进行反馈显示的信息通过硬件接口，发送至控制台进行显示，以此作为遥操作人员的操作依据；所述遥操作交会对接控制手柄包含平移运动控制手柄和姿态运动控制手柄，平移运动控制手柄进行x、y、z三个方向自由度的操作；姿态控制手柄除了进行俯仰、偏航两个自由度方向的操作外，还利用手柄的旋转实现飞船的滚转操作；所述遥操作交会对接控制手柄和遥操作交会对接指令面板由数据采集板进行指令采集，并将采集到的指令通过RS232串口或USB接口等发送至仿真上位机，仿真上位机接收指令数据并通过仿真系统的软硬件接口转发至仿真系统，由仿真系统相应的仿真模块响应操作输入，进行遥操作交会对接的控制；(3)遥操作交会对接仿真平台集成集成遥操作交会对接仿真系统和控制台实物，构建半实物的遥操作交会对接仿真平台，具体为：集成后的遥操作交会对接仿真平台可以实现人在回路的遥操作交会对接半实物仿真，操作人员根据控制台显示屏显示的测量仿真信息，操作控制手柄和指令面板，产生遥操作控制指令；控制指令通过硬件接口发送至仿真系统，仿真系统接收控制指令模拟产生遥操作时延，然后进行相应的控制仿真计算，产生仿真结果数据；仿真结果数据通过TV摄像机仿真模型生成测量仿真信息，并将该测量仿真信息通过VGA接口送到控制台显示屏进行显示输出；由此进行人在回路的闭环仿真。