本文關鍵詞：微小衛(wèi)星的電磁對接動力學與控制研究

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

【摘要】：隨著太空望遠鏡等大型航天器的發(fā)展,航天領域在軌服務技術中的在軌重構和在軌組裝引起越來越多研究人員的關注。而對于立方體納衛(wèi)星,因其有著標準化、模塊化、研制周期短和易于組成星座等諸多優(yōu)點,在在軌重構和在軌組裝上均有著重要的研究價值。對于在軌重構和在軌組裝中有著核心地位的交會對接技術而言,傳統(tǒng)的交會對接中所采用的推進劑會造成燃料消耗、光學污染、羽流沖擊、熱排放等問題,而電磁交會對接有著不消耗燃料、無對接沖擊、能有效避免羽流對光學元件的污染等優(yōu)勢。本文將立方體納衛(wèi)星與電磁對接技術相結合,研究立方體納衛(wèi)星的空間電磁對接問題,主要包括以下幾方面的內容:首先建立以兩航天器系統(tǒng)的質心“CM”為坐標原點的“CM”軌道坐標系和“CM”計算坐標系,由于通電螺線管之間所產生的電磁力和電磁力矩模型的復雜性,且尚未有研究基礎,因此對電磁對接裝置進行簡化。建立單匝線圈的磁偶極子遠場模型,從而建立空間電磁對接電磁力和電磁力矩模型。并在驗證電磁仿真軟件Ansoft Maxwell可靠性的基礎之上,對含鐵芯的通電螺線管到單個線圈的數學模型簡化進行數據修正。其次,對電磁對接過程中地磁場所產生的干擾力和干擾力矩以及其他干擾作用進行分析,在此基礎上建立空間電磁對接動力學模型。先考慮空間電磁對接一維軌道問題,此時不考慮姿態(tài)問題,設計一維柔性對接軌跡。針對一維電磁對接問題,根據柔性參考軌跡提出了基于趨近律的滑�？刂品椒�。對于在滑�？刂七^程中產生的抖振問題,采用了基于準滑動模態(tài)的控制方法來減弱抖振。仿真結果表明,采用基于準滑動模態(tài)的控制方法能夠實現一維電磁柔性對接,對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的抖振現象。然后考慮小角度一維軌道和小角度一維姿態(tài)控制問題。針對小角度一維電磁對接問題,考慮航天器通電螺線管中所通電流不相同的情況,首先對空間電磁對接過程中小角度一維電磁力電磁力矩進行推導和化簡,并與遠場模型進行對比,分析誤差特性,建立小角度一維電磁對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,設計了姿態(tài)控制過程中的柔性對接軌跡,并證明系統(tǒng)狀態(tài)能夠在有限時間內到達滑模面,并最終達到穩(wěn)定狀態(tài),采用滑�？刂品椒ㄟM行小角度一維電磁對接控制。仿真結果表明,采用滑�？刂品椒軌驅崿F小角度一維軌道和姿態(tài)的柔性對接,且對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接問題,此時假定電磁對接滿足自對接性假設。推導得到小角度二維電磁對接情況下電磁力表達式,并與遠場模型進行對比,分析其誤差特性,建立小角度二維電磁對接電磁力和電磁力矩模型。在此基礎上,建立小角度二維電磁對接動力學方程,并對動力學方程進行反饋線性化。針對小角度二維電磁對接控制問題,采用前文設計的參考軌跡,設計滿足給定極點配置約束下的魯棒混合H_2/H_∞控制器,通過合理配置極點可以使系統(tǒng)快速達到穩(wěn)定狀態(tài),從而實現小角度二維空間電磁對接。仿真結果表明,采用魯棒混合H_2/H_∞控制方法能夠實現小角度二維柔性電磁對接,且對參考軌跡的跟蹤效果良好。
【關鍵詞】：立方體納衛(wèi)星 空間對接 空間電磁對接 滑�？刂� 魯棒混合H_2/H_∞控制
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V526;V474
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內外研究現狀11-18
• 1.2.1 立方體納衛(wèi)星研究現狀11-12
• 1.2.2 空間交會對接技術研究現狀12-14
• 1.2.3 電磁對接技術研究現狀14-17
• 1.2.4 電磁力/力矩模型的研究現狀17-18
• 1.3 國內外文獻綜述的簡析18-19
• 1.4 論文主要研究內容19-21
• 第2章 空間電磁對接系統(tǒng)建模21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 電磁對接裝置模型的建立21-23
• 2.3 電磁力/力矩模型的建立23-30
• 2.3.1 坐標系定義23-24
• 2.3.2 單匝線圈遠場模型24-27
• 2.3.3 遠場模型誤差特性分析27-30
• 2.4 Ansoft Maxwell電磁仿真分析30-34
• 2.4.1 Ansoft Maxwell軟件可靠性驗證30-32
• 2.4.2 Ansoft Maxwell仿真進行通電螺線管模型簡化32-34
• 2.5 本章小結34-35
• 第3章 電磁對接一維控制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 空間電磁對接動力學模型38-39
• 3.4 空間一維電磁對接39-47
• 3.4.1 電磁對接參考軌跡的設計40-42
• 3.4.2 基于趨近律的一維電磁對接滑模控制42-44
• 3.4.3 基于準滑動模態(tài)的一維電磁對接滑�？刂�44-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第4章 小角度一維電磁對接控制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49-53
• 4.2.2 小角度一維電磁力矩模型推導53-56
• 4.3 小角度一維電磁對接控制56-61
• 4.4 數學仿真及結果分析61-64
• 4.5 本章小結64-65
• 第5章 小角度二維電磁對接控制65-84
• 5.1 引言65
• 5.2 小角度二維電磁力化簡65-70
• 5.2.1 小角度二維x方向電磁力化簡66-67
• 5.2.2 小角度二維y方向電磁力化簡67-69
• 5.2.3 小角度二維電磁力誤差特性分析69-70
• 5.3 小角度二維電磁對接反饋線性化70-75
• 5.4 小角度二維電磁對接控制75-81
• 5.4.1 問題描述75-76
• 5.4.2 極點約束下的魯棒混合H_2/H_∞控制76-81
• 5.5 仿真分析81-83
• 5.6 本章小結83-84
• 結論84-86
• 主要參考文獻86-91
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及其它成果91-93
• 致謝93

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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

2 李琳;顏威利;;電磁裝置非線性動態(tài)過程的數值計算[J];河北工學院學報;1991年03期

3 丁成斌;馬動濤;;一種錐形銜鐵頭電磁裝置的設計[J];機電元件;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)熱與溫升分析計算[J];中國電機工程學報;2012年30期

5 聶曼;夏海霞;楊仕友;倪光正;;電磁裝置多目標優(yōu)化設計的改進矢量進化算法研究[J];浙江理工大學學報;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)化設計[J];低壓電器;2012年23期

7 羅平,楊仕友,倪光正;改進的表面響應模型及其在電磁裝置優(yōu)化設計中的應用[J];電機與控制學報;2003年03期

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

9 范奎武;UAV的電磁起降技術[J];國際航空;2000年07期

10 熊光潔;張元培;李寧;;磁流變制動器電磁裝置的理論分析與計算[J];微計算機信息;2008年25期

中國碩士學位論文全文數據庫 前2條

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

2 趙軍;電磁裝置優(yōu)化設計的應用研究[D];華中科技大學;2009年

，

本文編號：947624