組合體航天器在姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中的各單體衛(wèi)星承受的控制力是不均勻的,局部控制力過大將會(huì)導(dǎo)致組合鏈接斷裂而失效。應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)理論建立了組合體航天器間的相互作用模型,對(duì)內(nèi)力、內(nèi)力矩與整星姿態(tài)、控制力矩之間的關(guān)系進(jìn)行了分析;仿真了極端情況下的內(nèi)力矩分布,其大小可能超過常用對(duì)接機(jī)構(gòu)的力矩承受范圍;采用粒子群算(PSO)法對(duì)控制合力矩進(jìn)行優(yōu)化分配,通過預(yù)設(shè)初值和繼承初值來(lái)加快PSO算法的收斂速度,實(shí)時(shí)調(diào)整各星控制力矩分配比例,減小星間相互作用力,實(shí)現(xiàn)組合體航天器的智能協(xié)同控制,保證組合體航天器的連接鉸不因受力過大而損壞。算法仿真和Adams軟件驗(yàn)證分析表明,本文建立的相互作用模型可準(zhǔn)確計(jì)算出星間相互作用力,提出的智能協(xié)同姿控算法可顯著降低姿控過程中的星間內(nèi)力,確保組合體航天器的安全。

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

圖1 單體衛(wèi)星為正六邊形的組合體航天器

為了保證組合體航天器的靈活性和穩(wěn)定性,一般采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖1所示,每個(gè)單體衛(wèi)星都受到來(lái)自相鄰鏈接衛(wèi)星的力和力矩作用,這些量不僅和作用位置有關(guān),還具有方向性,因此可以用有向圖來(lái)表示,對(duì)應(yīng)的有向圖如圖2(a)所示。更一般性的有向圖如圖2(b)所示,其中節(jié)點(diǎn)表示航天器,邊表示航天....

圖2 樹形有向圖

圖1單體衛(wèi)星為正六邊形的組合體航天器從圖1可知,當(dāng)有向圖為樹形結(jié)構(gòu)時(shí),m=n-1。記有向圖為G(s,u,S),它由節(jié)點(diǎn)集合s={s1,s2,…,sn}、邊集合u={u1,u2,…,um}和關(guān)聯(lián)矩陣S=[Sij]∈Rn×m組成。關(guān)聯(lián)矩陣中的元素定義如下:

圖3 整星姿態(tài)機(jī)動(dòng)力矩智能分配控制框圖

Τci=di?Τcs,i=1,2,?,n-1Τcn=(1-sum(D))?Τcs將所有鉸鏈中內(nèi)力矩最大的作為性能評(píng)價(jià)指標(biāo),則評(píng)價(jià)函數(shù)為:

圖4 自適應(yīng)慣性權(quán)重的改進(jìn)PSO算法流程

自適應(yīng)慣性權(quán)重的改進(jìn)PSO算法的主流程如圖4所示,該算法通過比較每個(gè)點(diǎn)在單次迭代前后的評(píng)價(jià)值,將評(píng)價(jià)值升高的粒子的慣性權(quán)重設(shè)置為0,減少了無(wú)效迭代次數(shù),具有更高的收斂率和更快的收斂速度。粒子群的位置速度更新規(guī)則為:

本文編號(hào)：4013590