隨著人類探索領(lǐng)域向外太空擴展,太陽帆航天器作為一種利用太陽光壓進行推進的新型航天器得到了廣泛關(guān)注。太陽帆航天器通過姿態(tài)機動來改變光壓推力的方向進而完成變軌等任務(wù),因而其姿態(tài)控制尤為重要。同時,太陽帆航天器的特殊物理構(gòu)型,使其具有大轉(zhuǎn)動慣量、大柔性、弱阻尼、低剛度和密集模態(tài)等不同于普通航天器的動力學特性。并且,由于太陽帆航天器面臨深空環(huán)境復(fù)雜、運行時間長等挑戰(zhàn),其容易出現(xiàn)故障。因此,設(shè)計有效的容錯控制系統(tǒng),保證具有特殊動力學特性的太陽帆航天器在故障情況下的安全航行,是一項極具挑戰(zhàn)和意義的課題。故本文以柔性太陽帆航天器作為研究對象,考慮了其特殊物理結(jié)構(gòu)、執(zhí)行器的組合方案和相應(yīng)故障,對太陽帆航天器的姿態(tài)動力學建模與姿態(tài)容錯控制進行了重點研究。首先,介紹了將柔性太陽帆航天器作為研究課題的背景與意義,系統(tǒng)概述了已有的柔性太陽帆姿態(tài)建模的方法以及當前的控制方法,并總結(jié)了針對柔性太陽帆航天器所屬的深空探測器使用的姿態(tài)容錯控制方法。第二,針對柔性太陽帆航天器進行姿態(tài)振動耦合建模。采用達朗貝爾原理以及浮動坐標法完成其姿態(tài)振動耦合模型的建立,并通過ABAQUS軟件對柔性太陽帆航天器進行有限元模態(tài)分析和數(shù)據(jù)... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

機體坐標系示意圖

圖 2.4 太陽錐角、時鐘角示意圖向的單位矢量n 可以表示為：n cos r sin sin sin cos coscos r nr n rkr n r 到從軌道坐標系到機體坐標系進行變 1 0 0 cos sin 0 cos sin 0 c0 sin cos sin cos 密相關(guān)，后續(xù)通過bsC 與四元數(shù)的關(guān)系到太陽光壓大小與姿態(tài)變化之間的數(shù)姿態(tài)運動學方程

萬向節(jié)圖 2.5 控制桿示意圖航天器支撐桿自由端的小型帆板。控制原理為改變太陽光壓在角帆上產(chǎn)生的姿態(tài)控制力矩。高。其缺點在于三軸耦合導(dǎo)致控制力矩設(shè)計復(fù)度難以保障。Stabilizer Bar, RSB)桿自由端，其結(jié)構(gòu)如圖 2.6。其工作原理主要進而完成對太陽光壓力矩的控制。RSB 僅能控有影響。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]大變形旋轉(zhuǎn)柔性梁的一種高次剛?cè)狁詈蟿恿W模型[J]. 陳思佳,章定國,洪嘉振.  力學學報. 2013(02)
[2]RCS/氣動舵自適應(yīng)控制分配方法研究[J]. 臧希恒,唐碩,閆曉東.  飛行力學. 2013(02)
[3]執(zhí)行器卡死并失效的航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制[J]. 肖冰,胡慶雷,張友民.  南京航空航天大學學報. 2011(S1)
[4]執(zhí)行器故障的撓性航天器姿態(tài)滑模容錯控制[J]. 肖冰,胡慶雷,霍星,馬廣富.  航空學報. 2011(10)
[5]采用滑塊和RSB的太陽帆姿態(tài)控制[J]. 羅超,鄭建華.  哈爾濱工業(yè)大學學報. 2011(03)
[6]太陽帆航天器動力學建模與求解[J]. 崔乃剛,劉家夫,榮思遠.  航空學報. 2010(08)
[7]航天器時延自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)容錯控制[J]. 姜野,胡慶雷,馬廣富.  控制與決策. 2010(05)
[8]基于輸入成形的柔性航天器振動閉環(huán)抑制方法研究[J]. 孔憲仁,楊正賢,葉東,董曉光,劉源.  振動與沖擊. 2010(03)
[9]基于控制葉片的太陽帆姿態(tài)控制系統(tǒng)建模與仿真[J]. 駱軍紅,袁宴波,廖志忠.  系統(tǒng)仿真學報. 2009(24)
[10]Complete geometric nonlinear formulation for rigid-flexible coupling dynamics[J]. 劉鑄永,洪嘉振,劉錦陽.  Journal of Central South University of Technology. 2009(01)

博士論文
[1]執(zhí)行器故障情況下的航天器姿態(tài)容錯控制方法研究[D]. 韓宇.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[2]太陽帆航天器軌道和姿態(tài)耦合設(shè)計與優(yōu)化[D]. 錢航.中國科學院研究生院(空間科學與應(yīng)用研究中心) 2015
[3]大柔性太陽帆航天器姿軌耦合動力學與控制研究[D]. 張瑾.清華大學 2013
[4]復(fù)雜機構(gòu)結(jié)構(gòu)太陽帆航天器動力學建模與控制問題研究[D]. 劉家夫.哈爾濱工業(yè)大學 2012

碩士論文
[1]高超聲速飛行器再入段舵面與RCS融合容錯控制研究[D]. 翟榮宇.南京航空航天大學 2017
[2]柔性太陽帆航天器姿態(tài)動力學建模與控制技術(shù)研究[D]. 郭濤源.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[3]太陽帆航天器動力學建模與姿態(tài)控制研究[D]. 駱軍紅.哈爾濱工業(yè)大學 2007



本文編號：3003056