本文關(guān)鍵詞：繩系衛(wèi)星狀態(tài)保持階段運(yùn)動(dòng)分析與控制

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【摘要】：繩系衛(wèi)星是將兩個(gè)或多個(gè)人造衛(wèi)星、航天器通過(guò)柔性系繩連在一起飛行的組合體,在空間科學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值,受到了廣泛的關(guān)注�，F(xiàn)有對(duì)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的理論研究中,大多采用將衛(wèi)星簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn),系繩簡(jiǎn)化為剛性桿的低自由度模型進(jìn)行分析。然而在很多系繩衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用中,衛(wèi)星的剛體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)是不可忽略的,此時(shí)在對(duì)系統(tǒng)建模時(shí)需要將衛(wèi)星考慮成剛體。本文針對(duì)繩系衛(wèi)星主星姿態(tài)的作用,系統(tǒng)研究了狀態(tài)保持階段繩系衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)及其控制問(wèn)題。論文主要內(nèi)容如下:(1)研究了圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng),并通過(guò)加入阻尼來(lái)消除系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)。將系繩的俯仰運(yùn)動(dòng)使用橢圓函數(shù)解析地表示出來(lái),并視其為主星剛體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的擾動(dòng),從而使原兩自由度系統(tǒng)變換成帶有擾動(dòng)的單自由度系統(tǒng)。利用Melnikov方法研究了主星剛體姿態(tài)的混沌運(yùn)動(dòng),給出了含阻尼的繩系衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)區(qū)域。并通過(guò)對(duì)更接近真實(shí)系統(tǒng)的“珠鏈模型”進(jìn)行數(shù)值仿真,驗(yàn)證了采用的假設(shè)的正確性和理論分析的結(jié)果。(2)研究了橢圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的周期運(yùn)動(dòng)、混沌運(yùn)動(dòng)及其欠驅(qū)動(dòng)控制問(wèn)題。通過(guò)攝動(dòng)法獲得了小軌道偏心率時(shí)的繩系衛(wèi)星周期解,分析了周期解的穩(wěn)定性,并采用線性速度反饋控制將不穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定到穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)上。同樣采用Melnikov方法研究了系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng),而后利用時(shí)延反饋控制方法成功將橢圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)到周期軌道上,并且通過(guò)對(duì)受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析得到了控制參數(shù)穩(wěn)定域和系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定域。(3)研究了繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的內(nèi)共振問(wèn)題,給出了發(fā)生非線性共振的條件。采用多尺度方法獲得了1:1和3:1內(nèi)共振的解析解,分析了內(nèi)共振下的非線性模態(tài)運(yùn)動(dòng)及其穩(wěn)定性,通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了解析解及模態(tài)穩(wěn)定性。(4)通過(guò)地面物理仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)理論和數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究�；谔�-地動(dòng)力學(xué)相似原理,提出了圓軌道和橢圓軌道下天-地動(dòng)力學(xué)等效方案,實(shí)現(xiàn)了這兩種等效情況下的繩系衛(wèi)星系統(tǒng)物理仿真,驗(yàn)證了圓軌道兩體繩系航天器的混沌運(yùn)動(dòng),以及采用阻尼力矩對(duì)于消除該混沌運(yùn)動(dòng)的有效性。同時(shí),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了時(shí)延反饋控制方法對(duì)穩(wěn)定橢圓軌道欠驅(qū)動(dòng)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)混沌運(yùn)動(dòng)的有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1230165