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移动式重力补偿系统关键技术及应用

2018年03月15日    来源:中国人工智能学会     
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[导读] 贾英民,山东省金乡县人,北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院教授,国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授,国家“百千万人才工程”第一、二层次人选,国家“973计划”项目首席科学家,国家重大科研仪器设备研制专项主持人。山东大学数学系自动控制专业本科,北航自动控制理论及应用专业硕士、博士,北航航空与宇航技术博士后流动站博士后。

  专家简介

  贾英民,山东省金乡县人,北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院教授,国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授,国家“百千万人才工程”第一、二层次人选,国家“973计划”项目首席科学家,国家重大科研仪器设备研制专项主持人。山东大学数学系自动控制专业本科,北航自动控制理论及应用专业硕士、博士,北航航空与宇航技术博士后流动站博士后。1994年12月被评为教授,1996年6月 被评为博士生导师。其中,1995年2月至1996月2日在德国宇航院资助下访问慕尼黑机器人与系统动力学研究所,1996年12月至1998年3月在德国“洪堡”基金会资助下访问汉堡工业大学,2000年3月至2002年3月在日本学术振兴会资助下访问大阪府立大学,2006年12月 至2007年3 月在国家留学基金委员会资助下访问美国加州大学伯克利分校。现任中国人工智能学会常务理事、智能空天系统专业委员会主任,中国自动化学会常务理事、智能自动化专业委员会副主任。2017年获得“我国智能科学技术最高奖”——吴文俊人工智能技术发明奖一等奖。

  项目简介

  移动式重力补偿系统是旨在提出先进智能控制方法,发展相应实现技术,克服地面建立长时间大空间微重力环境的困难,建立一种不受时空约束的可移动微重力环境,实现高精度重力补偿,刻画空间微重力环境对空间合作目标与合作任务的影响,完整再现航天器的轨道和姿态运动,以满足我国航天事业发展的国家重大需求。本项目的主要困难在于如何在地面最大程度地实现航天器的重力补偿,以及多子系统协调优化运行等。为此,在国家自然科学基金科学仪器基础研究专项、国家自然科学基金重点项目以及国家科技部 973 计划项目等资助下,开展了全面深入的研究和自主创新,取得了如下技术成果:

  (1)无约束主动重力补偿技术。针对地面构建微重力环境的难题,发明了无约束主动重力补偿系统装置,提出了悬挂位置智能校准方法与主动重力补偿鲁棒智能控制方法,突破了机械连接对航天器姿态运动自由度的限制,克服了补偿系统附加运动与结构刚度对航天器运动的影响,实现了无约束高精度重力补偿。相比气浮、下落塔等方法,运动自由度、空间、时间不受约束,重力补偿精度达97%。

  (2)高机动全向移动技术。针对变速轨道带来的运动基座机动性难题,发明了新型全向运动基座系统装置,提出了运动基座智能自主定位方法和运动基座跟踪控制方法,保证了运动基座的强机动、大负载以及高稳定运行,突破了运动基座平面运动自由度受限约束,实现了空间目标变速轨道的地面运动再现。相比差分式运动基座,具有零转弯半径、平面三自由度运动不受限等优点,跟踪精度提高25%。

  (3)航天器位姿驱动技术。针对移动微重力环境中座载设备运行空间受限与位姿同步驱动难题,发明了航天器位姿驱动系统装置,提出了位姿驱动的等效设计方法和鲁棒智能控制方法,实现了航天器位姿高精度同步驱动,具有大负载、小体积、易解耦以及大工作空间的优点,保证了空地位姿运动的等效性。相比传统旋转关节式机械臂驱动技术,设备体积减小50%,负载能力提高40%。

  (4)一体化装置集成优化技术。针对系统结构分散、功能冲突下多子系统协调优化难题,发明了移动式重力补偿一体化集成装置,设计了一体化集成结构、综合布线以及端口集成方案,提出了一体化系统智能协调优化方法与系统数据智能处理方法,完成了系统功能优化,实现了空间任务的地面再现与试验结果的有效性评估。装置总体性能优于美国TAMU、日本NASDA以及欧空局同类地面试验系统。

  本项目已授权专利 25 项,登记软件著作权13 项,发表 SCI 论文 20 余篇,并得到了国际同行知名专家的正面评价,其中运动基座的鲁棒解耦控制成果2016年1月在日本冲绳第21届人工生命与机器人国际会议上被授予“Outstanding Contribution Award”,产生了较大的学术影响。成果已成功应用于某型号GNC系统设计的地面试验、各类航天器空间环境模拟设备研制与试验、以及多轴联动数控机床控制系统中,近三年累计新增销售额达2.65亿,新增利润约0.8亿元,有力地支撑和促进了我国航天技术与工业控制的发展,经济效益和社会效益显著。

  实验室简介

  北京航空航天大学第七研究室(简称“七研” )是中科院院士 高为炳 教授(1925--1994)于1981年12月创立的。它的前身是1956 年成立的“控制理论研究组”。1985年北航无人机研究所“019”室部分同志调入成立了七研实验室。1981年被国务院学位委员会首次公布为“自动控制理论及应用”博士、硕士学科专业点。2002年调整后的“控制理论与控制工程”学科被评为北京市重点学科,2007 年被评为国家重点学科。作为北航“211 工程”,“985 工程”和“双一流计划”重点建设的学科,依托“航空科学与技术”国家实验室和 “飞行器控制一体化技术”国防科技重点实验室,学校先后投入近亿元的学科和实验室建设经费,分别购置和研制了诸如大规模工程计算工作站,机器人控制系统,视景定位系统,三轴转台系统,多目标跟踪系统,3D空间运动控制系统,ABS 制动控制系统,2D 直升机控制系统,机电一体化控制装置,集散控制系统,过程控制系统,智能仪表等多项实验室设备,初步建成了北航控制理论与控制工程学科教学和科研平台,具备承担国家大型科研项目的能力。

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[责任编辑:yxl]
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