图 1　恒张力子系统结构框图Fig. 1　The structure diagram of the co n stant tensionsubsystem　　图 1 中设吊索对巡视车拉力为 T' ,巡视车地球表面所受重力为 Mg,在模拟低重力环境中巡视车所受重力为 Gc :Gc=Mg -T'　　将滑轮 2 与摆杆视为等效摆杆,设吊索对等效摆杆的拉力为 T,向上为正方向,则T' = - T由式(1)、(2)知:对 Gc的控制可等价为对 T 的控制问题。图 1 中当巡视车处于平衡状态即 θ = 0 时,缓冲(1)(2)机构利用弹簧拉伸为巡视车平衡工作点提供拉力,此时吊索对等效摆杆拉力为 T0 。上下颠簸的路面时,首先在电机做出反应之前,弹簧带动摆杆的摆动先抵消巡视车的部分扰动,以避免吊索张力迅速变化使得低重力系统动态误差不满足巡视车测试要求;拉力传感器测得 T 后与 T0 比较,通过控制器给电机下达指令,电机利用收放绳索补偿巡视车竖直方向位置偏移导致的 T 变化,使 T 能够稳定在 T0 附近,且动态误差尽量小以减少对巡视车性能测试结果的影响。图1 中弹簧张力为 Ft ,弹簧弹性系数为 k,等效摆杆末端距离水平位置的偏移距离为 xΔ,等效摆杆长度为 l ,等效摆杆转动惯量为 J,等效摆杆工作时摆动角度为 θ 。 在重力坐标系 xx0 y0等效摆杆拉力在重力坐标系为 0 T系 x当巡视车工作在goyg中设 aT,设吊索对T;摆杆坐标2 = -l 0b=cos θsin θg0 =T, ag1= x1 y1T, ag2= x2 y2boyb中设 ab1 = -l1 l2T, abT,从xboyb到 xgoyg旋转矩阵为: Rg-sin θcos θ。根据胡克定律:Fgt =k(ag0-as ,则Fg1)g(3)设吊索1 对a1点拉力为 F方向,根据刚体定轴转动定律,对摆杆建立动力学方程:Jθ由于等效摆杆摆动时 θ 很小,可近似认为 θ =xΔgs =Fgt ,设向上为正¨=ag2 × 0 TT+ag1 ×Fgs(4)l,cos θ =1,整理式(4)得T = -Jx¨2 -kl1-kl2xΔΔll(5)则在平衡位置 θ = 0 时T0= -kl1(6)设 Δ T 为系统工作时 T 距 T0 变化量,则T =T0+Δ T(7)在式(5)中令等效弹性系数和等效质量分别为kd=kl2l,　md=Jl2(8)将式(6)~(8)代入式(5),得Δ T = -mdx¨Δ-kdxΔ(9)　　因此使T 能够稳定在 T0,且动态误差尽量小的控制目标可等价为:使Δ T 稳定在0,且动态误差尽量小。