本文關(guān)鍵詞：空間系繩系統(tǒng)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與控制

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【摘要】：空間系繩系統(tǒng)是將兩個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星通過系繩相連所構(gòu)成的系統(tǒng)。由于其可以完成許多傳統(tǒng)航天器無法完成的空間任務(wù),因此吸引了全世界航天大國與很多研究者的關(guān)注�？臻g系繩系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具體空間任務(wù)的關(guān)鍵在于是否能將空間系繩系統(tǒng)中的末端載荷(即子星)精確穩(wěn)定的展開到指定位置,以便使相關(guān)空間應(yīng)用任務(wù)成功進(jìn)行。如果在系繩展開階段子星的空間姿態(tài)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象無法穩(wěn)定,將會(huì)對(duì)空間系繩系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生影響,甚至?xí)谷蝿?wù)失敗。因此本文主要對(duì)系繩展開階段子星空間姿態(tài)的影響因素和子星空間姿態(tài)的穩(wěn)定控制進(jìn)行研究。論文的主要工作如下:1.在軌道運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下,計(jì)算空間系繩系統(tǒng)的動(dòng)能、勢能與廣義力。使用經(jīng)典的第二類拉格朗日方程,分別建立了不考慮子星空間姿態(tài)和考慮子星空間姿態(tài)的空間系繩系統(tǒng)模型。然后,通過使用歐拉—牛頓法在子星本體坐標(biāo)系下建立子星空間姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程。2.在不考慮系繩面外運(yùn)動(dòng)的前提下設(shè)計(jì)了空間系繩系統(tǒng)改進(jìn)型張力控制律,對(duì)考慮子星空間姿態(tài)的空間系繩系統(tǒng)模型以及子星空間姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型分別在該控制律下進(jìn)行仿真研究。然后對(duì)可能影響子星空間姿態(tài)的因素進(jìn)行對(duì)比仿真,分析研究這些因素對(duì)子星空間姿態(tài)的影響。3.展開機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)張力控制律時(shí),由于擾動(dòng)的存在不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤差,影響系繩的精確展開。因此本文針對(duì)該現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了反饋繩長與速度的張力控制律對(duì)子星空間姿態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究,并仿真分析反饋系數(shù)變化對(duì)子星空間姿態(tài)產(chǎn)生的影響。根據(jù)最優(yōu)控制的經(jīng)典動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論得到最優(yōu)反饋系數(shù),設(shè)計(jì)出最優(yōu)反饋系數(shù)下的張力控制律,仿真結(jié)果表明最優(yōu)反饋系數(shù)下的張力控制律可以較大程度抑制子星的空間姿態(tài)振蕩。4.考慮子星空間姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的非線性特征,利用Lyapunov穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)了一種非線性子星姿態(tài)穩(wěn)定控制器,仿真結(jié)果表明該控制器可以實(shí)現(xiàn)子星的空間姿態(tài)穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：空間系繩系統(tǒng) 繩系衛(wèi)星 姿態(tài)動(dòng)力學(xué) 最優(yōu)控制 非線性姿態(tài)控制
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V412.42;V448.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 論文研究背景和意義9
• 1.2 空間系繩系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 空間系繩系統(tǒng)的發(fā)展概況9-10
• 1.2.2 空間系繩系統(tǒng)理論研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 論文主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)12-15
• 第二章 空間系繩系統(tǒng)參考坐標(biāo)系及空間干擾力矩15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 空間系繩系統(tǒng)的參考坐標(biāo)系15-18
• 2.2.1 參考坐標(biāo)系的確定15-17
• 2.2.2 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換17-18
• 2.3 空間干擾力矩18-20
• 2.3.1 系繩彈性力矩18
• 2.3.2 重力梯度力矩18-19
• 2.3.3 氣動(dòng)力矩19
• 2.3.4 剩磁力矩19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第三章 空間系繩系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立21-31
• 3.1 引言21
• 3.2 簡單空間系繩系統(tǒng)的建模21-24
• 3.3 考慮子星空間姿態(tài)的空間系繩系統(tǒng)建模24-28
• 3.3.1 建模假設(shè)24
• 3.3.2 母星動(dòng)能的計(jì)算24-25
• 3.3.3 子星動(dòng)能的計(jì)算25-27
• 3.3.4 系統(tǒng)勢能的計(jì)算27-28
• 3.4 子星相對(duì)其質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)28-30
• 3.4.1 建模假設(shè)28
• 3.4.2 子星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立28-29
• 3.4.3 子星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程的建立29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第四章 系繩系統(tǒng)中子星空間姿態(tài)影響因素的分析31-53
• 4.1 引言31
• 4.2 系繩展開階段的張力控制律設(shè)計(jì)31-32
• 4.3 考慮子星空間姿態(tài)的系統(tǒng)模型仿真分析32-38
• 4.3.1 仿真結(jié)果與分析32-36
• 4.3.2 母星質(zhì)量對(duì)子星空間姿態(tài)影響的仿真分析36-38
• 4.4 子星空間姿態(tài)模型的仿真分析38-51
• 4.4.1 仿真結(jié)果與分析38-43
• 4.4.2 子星空間姿態(tài)影響因素的仿真分析43-51
• 4.4.3 考慮子星空間姿態(tài)兩種模型的對(duì)比分析51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 第五章 系繩展開階段子星空間姿態(tài)的穩(wěn)定控制53-69
• 5.1 引言53
• 5.2 子星空間姿態(tài)振蕩的抑制53-61
• 5.2.1 子星空間姿態(tài)的仿真與分析53-56
• 5.2.2 最優(yōu)反饋系數(shù)的設(shè)計(jì)56-58
• 5.2.3 子星空間姿態(tài)振蕩抑制的仿真58-61
• 5.3 系繩展開階段子星空間姿態(tài)的非線性穩(wěn)定控制61-67
• 5.3.1 Lyapunov穩(wěn)定性理論62
• 5.3.2 子星空間姿態(tài)非線性穩(wěn)定控制器的設(shè)計(jì)62-64
• 5.3.3 仿真分析64-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 論文工作總結(jié)69
• 6.2 論文工作展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 在校期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文與研究成果75-77
• 致謝77-78

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本文編號(hào)：1114398