空間繩系系統是一種由多個航天器通過系繩連接而組成的新型空間飛行器。它因自身獨特的結構形式而在空間研究、深空探測等領域具有重要的應用。伴隨著空間技術發(fā)展,多種新型空間系繩應用設想被不斷提出,空間繩系系統的形式與功能也逐漸變得多樣化。因空間系繩以及太空環(huán)境的復雜性,空間繩系系統一直都是國內外研究的熱點。本文在總結國內外研究的基礎上,針對旋轉三角形繩系衛(wèi)星編隊和空間繩系太陽能電站這兩種具有復雜結構形式的空間繩系系統,進行動力學與控制方面相關的研究。本文主要內容包括以下幾個部分:（1）基于Hill限制性三體問題模型并考慮編隊系統質心運動與構型變化之間的耦合,建立平動點附近軌道自旋閉環(huán)三角形繩系衛(wèi)星編隊在重構過程中的動力學方程。通過合理假設采用可變長度的單向拉伸彈簧系繩模型,使其能充分反映系繩彈性、松弛以及閉環(huán)編隊的構型變化�？紤]編隊的姿-軌耦合,使所建立的編隊系統模型能夠體現其展開與回收過程中構型變化與軌道運動之間的相互影響。（2）分析了日-地系統L2平動點附近Lyapunov平面周期軌道上的自旋三角形繩系衛(wèi)星編隊系統的動力學穩(wěn)定性。通過時變的系統動力學方程進行數值仿真,并研究編隊在展開與回收... 

【文章頁數】：136 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 研究背景及研究意義
        1.1.1 繩系衛(wèi)星系統
        1.1.2 平動點空間探測
        1.1.3 空間太陽能電站
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 繩系衛(wèi)星空間任務
        1.2.2 繩系衛(wèi)星理論研究
        1.2.3 近地軌道繩系衛(wèi)星編隊研究進展
        1.2.4 平動點附近繩系衛(wèi)星編隊研究進展
        1.2.5 空間繩系太陽能電站研究進展
    1.3 本文主要研究內容與章節(jié)安排
2 圓形限制性三體問題與Clohessy-Wiltshire方程
    2.1 圓形限制性三體問題
        2.1.1 圓形限制性三體問題中航天器的動力學方程
        2.1.2 平動點的位置
        2.1.3 Hill限制性三體問題
    2.2 Clohessy-Wiltshire方程
    2.3 本章小結
3 旋轉三角形繩系衛(wèi)星編隊動力學建模與穩(wěn)定性分析
    3.1 動力學方程推導
        3.1.1 系統描述
        3.1.2 系統動力學方程
        3.1.3 系繩中拉力與編隊構型改變
    3.2 數值仿真與動力學分析
        3.2.1 Lyapunov平面周期軌道
        3.2.2 編隊系統留位狀態(tài)動力學分析
        3.2.3 編隊初始旋轉速度對系統重構的影響
        3.2.4 系繩長度變化速率對系統構型的影響
        3.2.5 系繩長度對系統構型的影響
        3.2.6 重構過程中編隊系統的軌道運動
        3.2.7 包含減速階段的展開過程系繩釋放曲線
    3.3 本章小結
4 空間繩系太陽能電站動力學建模
    4.1 空間繩系太陽能電站結構描述
    4.2 可變自由度柔性系繩動力學方程
    4.3 太陽能板與平臺的動力學方程
    4.4 坐標系轉換
    4.5 軌道坐標系中系繩的離散動力學方程
        4.5.1 系繩的離散
        4.5.2 系繩自由度調整
    4.6 算例:二體繩系編隊勻速釋放過程
    4.7 本章小結
5 空間繩系太陽能電站動力學仿真與穩(wěn)定性分析
    5.1 系統平衡位置與太陽能板姿態(tài)描述
    5.2 無外界擾動時系統動力學響應
    5.3 初始太陽能板姿態(tài)誤差對系統穩(wěn)定性的影響
    5.4 系繩振動對系統穩(wěn)定性的影響
    5.5 本章小結
6 空間繩系太陽能電站太陽能板姿態(tài)控制
    6.1 控制系統模型
        6.1.1 系統動力學模型
        6.1.2 PD反饋控制
        6.1.3 受限制的系繩控制力
    6.2 數值算例
    6.3 本章小結
7 結論與展望
    7.1 結論
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
附錄A 公式(3.15)-(3.16)中參數
附錄B 公式(3.17)-(3.20)中參數
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]空間飛行器動力學與控制研究綜述[J]. 劉付成,朱東方,黃靜.  上海航天. 2017(02)
[2]基于辛Runge-Kutta方法的太陽帆塔動力學特性研究[J]. 鄧子辰,曹珊珊,李慶軍,蔣憲宏.  中國科學:技術科學. 2016(12)
[3]繩系空間太陽能電站動力學響應分析[J]. 魏乙,鄧子辰,李慶軍,張凱.  宇航學報. 2016(09)
[4]基于珠式模型的繩系衛(wèi)星安全交會過程建模與仿真[J]. 馮杰,孫鐵成,王劍,謝明玻.  火力與指揮控制. 2016(09)
[5]柔性系繩平衡狀態(tài)臨界繩長研究[J]. 李愛軍,李婧忱,王長青,董哲.  空間科學學報. 2016(03)
[6]空間太陽能電站聚光模式研究[J]. 張興華,侯欣賓,王立,閆勇.  中國空間科學技術. 2016(02)
[7]Nonlinear dynamics of flexible tethered satellite system subject to space environment[J]. Bensong YU,Dongping JIN,Hao WEN.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(04)
[8]繩系衛(wèi)星釋放階段的空間姿態(tài)非線性穩(wěn)定控制[J]. 王長青,杜崇剛,李愛軍,Z.H.Zhu.  西北工業(yè)大學學報. 2016(01)
[9]輻射開環(huán)繩系衛(wèi)星編隊自旋展開動力學與控制策略[J]. 蘇飛,翟光,張景瑞,張堯.  航空學報. 2016(09)
[10]SSPS太陽能收集系統研究現狀及發(fā)展趨勢[J]. 楊陽,張逸群,王東旭,李勛.  宇航學報. 2016(01)

博士論文
[1]共線平動點附近二體繩系衛(wèi)星系統軌道保持控制方法研究[D]. 劉剛.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]復雜太空環(huán)境下柔性繩系衛(wèi)星動力學與控制[D]. 余本嵩.南京航空航天大學 2011
[3]平動點附近多體繩系衛(wèi)星編隊動力學與控制[D]. 趙軍.大連理工大學 2010

碩士論文
[1]平動點附近旋轉三角形繩系衛(wèi)星編隊動力學[D]. 周紅.大連理工大學 2012



本文編號：3676636