本文關(guān)鍵詞：微小衛(wèi)星的電磁對(duì)接動(dòng)力學(xué)與控制研究

  更多相關(guān)文章： 立方體納衛(wèi)星 空間對(duì)接 空間電磁對(duì)接 滑�？刂� 魯棒混合H_2/H_∞控制

【摘要】：隨著太空望遠(yuǎn)鏡等大型航天器的發(fā)展,航天領(lǐng)域在軌服務(wù)技術(shù)中的在軌重構(gòu)和在軌組裝引起越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。而對(duì)于立方體納衛(wèi)星,因其有著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、研制周期短和易于組成星座等諸多優(yōu)點(diǎn),在在軌重構(gòu)和在軌組裝上均有著重要的研究?jī)r(jià)值。對(duì)于在軌重構(gòu)和在軌組裝中有著核心地位的交會(huì)對(duì)接技術(shù)而言,傳統(tǒng)的交會(huì)對(duì)接中所采用的推進(jìn)劑會(huì)造成燃料消耗、光學(xué)污染、羽流沖擊、熱排放等問題,而電磁交會(huì)對(duì)接有著不消耗燃料、無(wú)對(duì)接沖擊、能有效避免羽流對(duì)光學(xué)元件的污染等優(yōu)勢(shì)。本文將立方體納衛(wèi)星與電磁對(duì)接技術(shù)相結(jié)合,研究立方體納衛(wèi)星的空間電磁對(duì)接問題,主要包括以下幾方面的內(nèi)容:首先建立以兩航天器系統(tǒng)的質(zhì)心“CM”為坐標(biāo)原點(diǎn)的“CM”軌道坐標(biāo)系和“CM”計(jì)算坐標(biāo)系,由于通電螺線管之間所產(chǎn)生的電磁力和電磁力矩模型的復(fù)雜性,且尚未有研究基礎(chǔ),因此對(duì)電磁對(duì)接裝置進(jìn)行簡(jiǎn)化。建立單匝線圈的磁偶極子遠(yuǎn)場(chǎng)模型,從而建立空間電磁對(duì)接電磁力和電磁力矩模型。并在驗(yàn)證電磁仿真軟件Ansoft Maxwell可靠性的基礎(chǔ)之上,對(duì)含鐵芯的通電螺線管到單個(gè)線圈的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。其次,對(duì)電磁對(duì)接過程中地磁場(chǎng)所產(chǎn)生的干擾力和干擾力矩以及其他干擾作用進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上建立空間電磁對(duì)接動(dòng)力學(xué)模型。先考慮空間電磁對(duì)接一維軌道問題,此時(shí)不考慮姿態(tài)問題,設(shè)計(jì)一維柔性對(duì)接軌跡。針對(duì)一維電磁對(duì)接問題,根據(jù)柔性參考軌跡提出了基于趨近律的滑�？刂品椒ā�(duì)于在滑�？刂七^程中產(chǎn)生的抖振問題,采用了基于準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)的控制方法來(lái)減弱抖振。仿真結(jié)果表明,采用基于準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)一維電磁柔性對(duì)接,對(duì)參考軌跡的跟蹤效果良好,且與基于趨近律的控制方法相比,能夠減弱控制過程中出現(xiàn)的抖振現(xiàn)象。然后考慮小角度一維軌道和小角度一維姿態(tài)控制問題。針對(duì)小角度一維電磁對(duì)接問題,考慮航天器通電螺線管中所通電流不相同的情況,首先對(duì)空間電磁對(duì)接過程中小角度一維電磁力電磁力矩進(jìn)行推導(dǎo)和化簡(jiǎn),并與遠(yuǎn)場(chǎng)模型進(jìn)行對(duì)比,分析誤差特性,建立小角度一維電磁對(duì)接電磁力和電磁力矩模型。然后在小角度一維軌道和一維姿態(tài)控制過程中,設(shè)計(jì)了姿態(tài)控制過程中的柔性對(duì)接軌跡,并證明系統(tǒng)狀態(tài)能夠在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面,并最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),采用滑模控制方法進(jìn)行小角度一維電磁對(duì)接控制。仿真結(jié)果表明,采用滑�？刂品椒軌�?qū)崿F(xiàn)小角度一維軌道和姿態(tài)的柔性對(duì)接,且對(duì)參考軌跡的跟蹤效果良好。最后,考慮航天器通電螺線管中所通電流相同情況下小角度二維電磁對(duì)接問題,此時(shí)假定電磁對(duì)接滿足自對(duì)接性假設(shè)。推導(dǎo)得到小角度二維電磁對(duì)接情況下電磁力表達(dá)式,并與遠(yuǎn)場(chǎng)模型進(jìn)行對(duì)比,分析其誤差特性,建立小角度二維電磁對(duì)接電磁力和電磁力矩模型。在此基礎(chǔ)上,建立小角度二維電磁對(duì)接動(dòng)力學(xué)方程,并對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行反饋線性化。針對(duì)小角度二維電磁對(duì)接控制問題,采用前文設(shè)計(jì)的參考軌跡,設(shè)計(jì)滿足給定極點(diǎn)配置約束下的魯棒混合H_2/H_∞控制器,通過合理配置極點(diǎn)可以使系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)小角度二維空間電磁對(duì)接。仿真結(jié)果表明,采用魯棒混合H_2/H_∞控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)小角度二維柔性電磁對(duì)接,且對(duì)參考軌跡的跟蹤效果良好。
【關(guān)鍵詞】：立方體納衛(wèi)星 空間對(duì)接 空間電磁對(duì)接 滑模控制 魯棒混合H_2/H_∞控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V526;V474
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題來(lái)源及研究的背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 立方體納衛(wèi)星研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 電磁對(duì)接技術(shù)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.4 電磁力/力矩模型的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述的簡(jiǎn)析18-19
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 空間電磁對(duì)接系統(tǒng)建模21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 電磁對(duì)接裝置模型的建立21-23
• 2.3 電磁力/力矩模型的建立23-30
• 2.3.1 坐標(biāo)系定義23-24
• 2.3.2 單匝線圈遠(yuǎn)場(chǎng)模型24-27
• 2.3.3 遠(yuǎn)場(chǎng)模型誤差特性分析27-30
• 2.4 Ansoft Maxwell電磁仿真分析30-34
• 2.4.1 Ansoft Maxwell軟件可靠性驗(yàn)證30-32
• 2.4.2 Ansoft Maxwell仿真進(jìn)行通電螺線管模型簡(jiǎn)化32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 電磁對(duì)接一維控制35-48
• 3.1 引言35
• 3.2 干擾力/力矩的分析35-38
• 3.2.1 地磁場(chǎng)干擾分析35-37
• 3.2.2 其他干擾力和干擾力矩分析37-38
• 3.3 空間電磁對(duì)接動(dòng)力學(xué)模型38-39
• 3.4 空間一維電磁對(duì)接39-47
• 3.4.1 電磁對(duì)接參考軌跡的設(shè)計(jì)40-42
• 3.4.2 基于趨近律的一維電磁對(duì)接滑�？刂�42-44
• 3.4.3 基于準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)的一維電磁對(duì)接滑模控制44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 小角度一維電磁對(duì)接控制48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 小角度一維電磁力/電磁力矩48-56
• 4.2.1 小角度一維電磁力模型推導(dǎo)49-53
• 4.2.2 小角度一維電磁力矩模型推導(dǎo)53-56
• 4.3 小角度一維電磁對(duì)接控制56-61
• 4.4 數(shù)學(xué)仿真及結(jié)果分析61-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 第5章 小角度二維電磁對(duì)接控制65-84
• 5.1 引言65
• 5.2 小角度二維電磁力化簡(jiǎn)65-70
• 5.2.1 小角度二維x方向電磁力化簡(jiǎn)66-67
• 5.2.2 小角度二維y方向電磁力化簡(jiǎn)67-69
• 5.2.3 小角度二維電磁力誤差特性分析69-70
• 5.3 小角度二維電磁對(duì)接反饋線性化70-75
• 5.4 小角度二維電磁對(duì)接控制75-81
• 5.4.1 問題描述75-76
• 5.4.2 極點(diǎn)約束下的魯棒混合H_2/H_∞控制76-81
• 5.5 仿真分析81-83
• 5.6 本章小結(jié)83-84
• 結(jié)論84-86
• 主要參考文獻(xiàn)86-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果91-93
• 致謝93

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 耿志慧;馬宏忠;王剛;;混合磁懸浮系統(tǒng)電磁裝置的溫度計(jì)算與降溫處理[J];電工電能新技術(shù);2013年04期

2 李琳;顏威利;;電磁裝置非線性動(dòng)態(tài)過程的數(shù)值計(jì)算[J];河北工學(xué)院學(xué)報(bào);1991年03期

3 丁成斌;馬動(dòng)濤;;一種錐形銜鐵頭電磁裝置的設(shè)計(jì)[J];機(jī)電元件;2011年04期

4 馬宏忠;耿志慧;王慶燕;張志艷;;磁懸浮承重裝置中發(fā)熱與溫升分析計(jì)算[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年30期

5 聶曼;夏海霞;楊仕友;倪光正;;電磁裝置多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)矢量進(jìn)化算法研究[J];浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào);2007年01期

6 陳堂功;郭旺;高智箭;謝炳星;劉亞賢;;基于人工搜索群算法的電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];低壓電器;2012年23期

7 羅平,楊仕友,倪光正;改進(jìn)的表面響應(yīng)模型及其在電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);2003年03期

8 孫建中,白鳳仙,孫艷霞,唐任遠(yuǎn);智能化模擬退火算法及其在電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];電工電能新技術(shù);1997年04期

9 范奎武;UAV的電磁起降技術(shù)[J];國(guó)際航空;2000年07期

10 熊光潔;張?jiān)?李寧;;磁流變制動(dòng)器電磁裝置的理論分析與計(jì)算[J];微計(jì)算機(jī)信息;2008年25期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 石珂珂;微小衛(wèi)星的電磁對(duì)接動(dòng)力學(xué)與控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 趙軍;電磁裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：947624