在進(jìn)行空間碎片主動(dòng)清除、廢棄衛(wèi)星回收、零部件拆卸和替換等操作時(shí),待處理對(duì)象通常失去了自身控制的能力,甚至不存在控制系統(tǒng)。對(duì)這類(lèi)目標(biāo)進(jìn)行抓捕后,由主動(dòng)航天器上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接管組合體的姿態(tài)穩(wěn)定控制是一種直接且有效的方法。要實(shí)現(xiàn)組合體的姿態(tài)穩(wěn)定,執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常需要提供不少于三軸的控制輸入。然而在長(zhǎng)時(shí)間的空間任務(wù)中,主動(dòng)航天器上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能出現(xiàn)失效的情況,從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法提供獨(dú)立的三軸姿態(tài)控制輸入力矩。這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)不是完整配置的情況稱為欠驅(qū)動(dòng)。出于對(duì)任務(wù)安全的考慮和執(zhí)行機(jī)構(gòu)容錯(cuò)性的要求,有必要研究欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的組合體姿態(tài)穩(wěn)定控制問(wèn)題。除了因執(zhí)行機(jī)構(gòu)失效造成的欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài),在空間操作過(guò)程中,為了降低主動(dòng)航天器的發(fā)射成本,也可以通過(guò)較少的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制�？紤]到上述執(zhí)行機(jī)構(gòu)失效的可能性和對(duì)航天器成本的節(jié)約,有必要研究欠驅(qū)動(dòng)這一極端狀態(tài)下的組合體姿態(tài)穩(wěn)定控制問(wèn)題,進(jìn)而為設(shè)計(jì)合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置提供理論支撐。欠驅(qū)動(dòng)組合體姿態(tài)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵問(wèn)題包括:（1）如何建立能夠反映欠驅(qū)動(dòng)組合體姿態(tài)耦合的動(dòng)力學(xué)模型。（2）干擾處理與控制。由于欠驅(qū)動(dòng)軸上的干擾力矩分量只能通過(guò)受控軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償,而組合體模型中... 

【文章來(lái)源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

DEOS示意圖

執(zhí)行機(jī)構(gòu)冗余的要求。本文正是面向這些要求，對(duì)少于三軸輸入的欠驅(qū)動(dòng)組合體姿制進(jìn)行研究。所得控制律可拓展至多星協(xié)同、多星編隊(duì)等未來(lái)的空間任務(wù)需求中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用空間。2 相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀在進(jìn)行欠驅(qū)動(dòng)組合體姿態(tài)穩(wěn)定控制的研究之前，有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)行回顧。包括有代表性的空間在軌抓捕任務(wù)，空間在軌抓捕后組合體控制研究，欠控制研究以及目前針對(duì)空間任務(wù)驗(yàn)證的地面實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀。.1 空間在軌抓捕任務(wù)現(xiàn)狀目前世界上各個(gè)航天大國(guó)均在迅速發(fā)展空間在軌操作能力，并提出了一系列相關(guān)項(xiàng)行預(yù)研或是理論驗(yàn)證[13-15]，包括工程試驗(yàn)衛(wèi)星 VII （ETS-VII/ KIKU-7）項(xiàng)目[16,17]快車(chē)任務(wù)（Orbital Express Mission）[18]，空間系統(tǒng)演示驗(yàn)證衛(wèi)星項(xiàng)目（TECSAS OS）[19]，SUMO-FREND-PHOENIX[20]項(xiàng)目和 SpaceX 的空間探索技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目（Spacploration Technologies）等。我國(guó)也于 2013 年發(fā)射了試驗(yàn) 7 號(hào)衛(wèi)星，對(duì)空間機(jī)械臂進(jìn)原理性試驗(yàn)。

質(zhì)心 為組合體質(zhì)心坐標(biāo)系 的原點(diǎn)，因此有： 分別為組合體質(zhì)心至主動(dòng)航天器質(zhì)心，目標(biāo)質(zhì)心下三式計(jì)算得出：定理，有機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 體各部件矢量示意圖 圖 2-5 機(jī)械臂桿件

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于Gauss偽譜法的欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)優(yōu)化控制[J]. 易中貴,戈新生.  應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2017(12)
[2]組合體航天器有限時(shí)間超螺旋反步姿態(tài)控制[J]. 馬廣富,高寒,呂躍勇,宋婷,袁建平.  宇航學(xué)報(bào). 2017(11)
[3]欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)最優(yōu)控制的近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法[J]. 王明澤,戈新生.  北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(04)
[4]空間機(jī)器人雙臂捕獲衛(wèi)星力學(xué)分析及鎮(zhèn)定控制[J]. 程靖,陳力.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
[5]欠驅(qū)動(dòng)航天器飛輪控制方法[J]. 張佳為,許諾,伍少雄.  宇航學(xué)報(bào). 2016(05)
[6]欠驅(qū)動(dòng)3D剛體擺姿態(tài)穩(wěn)定的退步控制[J]. 袁萍萍,戈新生.  北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(02)
[7]欠驅(qū)動(dòng)撓性航天器的全姿態(tài)控制[J]. 張洪華,王芳,胡錦昌,王澤國(guó).  宇航學(xué)報(bào). 2015(04)
[8]空間機(jī)器人協(xié)調(diào)控制全物理仿真設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J]. 王穎,韓冬,劉濤.  空間控制技術(shù)與應(yīng)用. 2015(02)
[9]基于分層滑模方法的欠驅(qū)動(dòng)3D剛體擺姿態(tài)控制[J]. 趙旭,戈新生.  北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(06)
[10]基于干擾觀測(cè)器的非線性不確定系統(tǒng)自適應(yīng)滑�？刂芠J]. 于靖,陳謀,姜長(zhǎng)生.  控制理論與應(yīng)用. 2014(08)

博士論文
[1]高階滑�？刂评碚摷捌湓谇夫�(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]. 楊潔.北京理工大學(xué) 2015
[2]空間機(jī)器人目標(biāo)抓捕后姿態(tài)接管控制研究[D]. 王明.西北工業(yè)大學(xué) 2015
[3]幾類(lèi)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的滑模控制與應(yīng)用[D]. 丁鳳.華中科技大學(xué) 2013
[4]帶有非完整約束的欠驅(qū)動(dòng)航天器控制方法研究[D]. 莊宇飛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3360791