中性浮力水下机械臂关键技术研究

水下机械臂可为航天员中性浮力训练提供转运和定点支持功能,提高训练过程的连贯性和效率。针对水下密封、中性浮力配平和防腐蚀3项水下机械臂关键技术,提出了采用多重冗余密封、浮力块与关节外壳赋形设计的技术方案,选用钛合金和双相不锈钢材料提升了机械臂的防腐蚀性能。研制的水下机械臂产品参与出舱活动训练已超过2年,最长在水下连续使用超过226天,工作状态良好,保证了空间站出舱活动水下试验的质量与有效性。

基于CAN总线的模拟器接口系统设计与实现

目的引入CAN现场总线和嵌入式技术改进航天飞行训练模拟器接口系统。方法提出了基于CAN总线,ITM(interface transform module)+CPM(center process module)的设计思路和技术途径。ITM具备某种接口功能,并转换成CAN数据,ITM之间彼此独立,地位平等,作为一个通信节点接入CAN总线网;CPM主要功能是管理CAN总线网并桥接以太网,制定一套与底层设备无关的通信协议,实现软件系统与模拟器硬件设备之间的通信。结果基于CAN总线设计的模拟器接口系统,不仅提高了系统的可靠性、扩展性、易用性和鲁棒性,而且增强了系统的故障诊断能力。结论该系统构建灵活,满足航天飞行训练模拟器的接口要求,有着良好的应用前景。

航天飞行训练模拟器接口系统可靠性分析

目的对含有功能相关性和负载相关性部件的航天飞行训练模拟器接口系统进行可靠性分析。方法通过构建马尔科夫模型,求解状态方程的方法分析动态子树;以故障树分析法(fault tree analysis,FTA)对整个系统进行可靠性分析。结果从模拟器接口系统可靠性模型可计算出工作1200 h后,接口系统故障概率为23.44%,而基于传统的串并联模型计算出故障概率仅为21.80%。结论在状态相关系统中,构建动态子树并以马尔科夫方法求解是一种有效的方法。相比一般的串并联模型,其可靠性分析结果可信度更高;进而在激发事件等关键环节采取冗余设计,可大幅降低系统的故障概率。

基于功能相关门故障树的磁悬浮列车电源系统可靠性分析

在深入了解CMS-3型磁悬浮列车电源系统结构的基础上,建立了列车电源系统失效的故障树,引入功能相关门,表述该树中的特殊逻辑关系。提出划分动态子树,并转化为马尔可夫模型的可靠性分析法,对比分析了电源系统改进前后的可靠性。通过计算证明该电源系统设计符合磁悬浮列车在安全性和可靠性方面的要求。

磁悬浮列车运行数据记录器的设计与实现

在研究CMS-3磁悬浮列车控制结构的基础上,提出了基于CF卡的列车运行数据记录器设计方案,从而解决了地面分析系统的数据获取问题。详细阐述了记录器系统的硬件和软件程序设计。测试表明,记录器获取的列车运行数据不仅全面而且容易解析,因此记录器在列车运行维护、故障寻因方面起到十分重要的作用。

CAN总线网与以太网嵌入式网桥设计

基于C8051F040 SOC芯片和CP2200网络接口芯片,设计一种嵌入式网桥连接CAN总线网与以太网,实现网络间数据的智能交换。为远程控制中心直接通过以太网访问CAN现场总线,提供了一种便捷的解决方案。该嵌入式网桥系统可配置,不依赖主机,经工程验证,可满足不同CAN总线与以太网的连接需求。

基于CH341的USB-CAN适配器设计

为便捷上位机访问工业现场CAN总线,提出了一种便携式即插即用的USB-CAN适配器设计方案。该适配器采用CH341作为USB总线转接芯片,直接把USB总线协议转化为并口协议;选用SJA1000芯片作为CAN控制器,支持CAN2.0B协议,以适应不同的CAN总线需求。系统从USB端口取电,且无需MCU/DSP介入,简化了电路结构;利用CH341主动并口功能,经相应的控制时序逻辑转换,上位机即可驱动SJA1000,进行CAN总线访问。该适配器支持上位机自主配置,灵活强,可靠性高。经实验测试,适配器支持访问不同的CAN总线网,速率可达1Mb/s。

基于视觉-前庭感知一致性的运动模拟可信度评价方法

目的提出以运动感知一致性作为运动模拟的可信度评价标准。方法以客观运动模拟测试(objective motion cueing test,OMCT)为基础,引入了视觉-前庭感知一致性理论,并以人的运动感知一致区为期望边界,从而修正运动模拟可信度评价函数。结果相比Advani-Hosman评价标准,本方法可获得更大的幅值可信度与相位可信度区域,扩大了运动模拟的边界。结论运动感知一致性更适合作为飞行训练运动模拟的可信度评价指标。

基于感知特性的移动式交会对接训练器研究

目的为航天员提供一套可随时随地训练的移动式手控交会对接训练器,提高未来空间站任务手控交会对接操作的训练效率。方法以当前桌面式训练器为基础,分析了影响手控交会对接操作的关键感知因素,通过对照实验分别对小型化显示设备和仿真手柄两种模式训练平台的操作效能进行了验证。结果小型化显示设备并不会显著影响操作效能;而仿真手柄模式下受试者的操作效率发生了一定变化,但没有显著影响对接精度。结论在保证一定训练效能的前提下,手控交会对接训练器有希望实现系统结构的小型化,满足航天员移动式训练需求。

水下机械臂电偶腐蚀与防护分析

针对水下机械臂在水下长期浸泡、与其他设备偶接以及自身结构中不同材料的偶接容易引起电偶腐蚀的问题,分析了影响水下机械臂发生电偶腐蚀的因素,提出了水下机械臂电偶腐蚀防护措施,以期为水下机械臂防腐蚀设计提供参考。

航天飞行训练模拟器交付后的质量管理研究

针对当前航天飞行训练模拟器交付后边训边改的新情况,为研究和改进其质量管理方法,基于国军标《质量管理体系要求》的相关要求,引入经典“比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative Control,PID)”控制理论,建立本地化质量管理模型。该模型从系统联试、教员试训和专家确认3个方面进行质量管理调控,再通过训练保障环节检验和反馈质量控制效果,实现了质量管理闭环控制。无论是整个航天飞行训练模拟器质量管理,还是其“导航、制导与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)”仿真软件等子系统的质量管理,该模型均行之有效,可快速达到预期的质量管理目标。