本文關(guān)鍵詞：空間電站大尺度光電薄膜主動協(xié)同展開方法研究

  更多相關(guān)文章： 大尺度薄膜 協(xié)同控制 滑�？刂� 振動干擾 姿軌耦合

【摘要】：在太空微重力環(huán)境下,大尺度柔體動力學極為復雜,采用諸如桁架伸縮遞進展開方式、充氣展開方式和依靠離心力旋轉(zhuǎn)的展開方式等傳統(tǒng)展開方式會造成展開過程可靠性大大降低。尤其是空間電站光電薄膜這類千米級超大柔性體,其有效展開更是面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。同時,隨著膜面積的增大,其展開后的姿態(tài)調(diào)整與保持也越來越困難。因而,本文提出一種基于主動協(xié)同控制實現(xiàn)大尺度光電薄膜可靠展開的方法,將大尺度薄膜展開過程位置控制與姿態(tài)穩(wěn)定控制問題轉(zhuǎn)化為編隊服務飛行器的協(xié)同控制問題,考慮展開過程中膜結(jié)構(gòu)對編隊飛行器的橫向振動干擾力與編隊飛行器控制系統(tǒng)輸出給膜的控制力間相互影響。本文的主要研究工作如下:首先,對編隊服務飛行器系統(tǒng)軌道、姿態(tài)運動模型進行分析,建立軌道相對運動動力學模型和基于四元數(shù)的姿態(tài)運動學方程、動力學方程。給出表示服務飛行器間通信關(guān)系的圖論知識及對應的各類矩陣性質(zhì)。其次,給出空間電站薄膜在軌組裝與展開方案,基于一致性理論設計編隊系統(tǒng)展開過程中能量消耗最優(yōu)的軌道協(xié)同控制器,分析控制系統(tǒng)穩(wěn)定性,通過仿真實驗驗證所設計控制器的有效性。第三,針對空間電站薄膜展開過程中編隊系統(tǒng)的姿態(tài)一致性問題,設計自適應滑�？刂破�,同時,考慮滑模向量穿過其滑模面時,由于存在時間延遲和空間滯后,將會使得控制器不連續(xù),由此引起控制輸入變量發(fā)生抖振,為此,提出一種具有抖振抑制的自適應滑�？刂品椒�,從而實現(xiàn)薄膜展開過程中的姿態(tài)一致性和展開后的姿態(tài)保持與穩(wěn)定。最后,針對編隊展開系統(tǒng)相對軌道運動和相對姿態(tài)運動的耦合問題(姿軌耦合),基于對偶四元數(shù)設計姿軌耦合協(xié)同控制律。為研究空間電站薄膜展開過程的擾動,使用有限元仿真軟件對薄膜結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析,得到其振動固有頻率和振型信息,并將橫向振動干擾力引入編隊飛行器控制系統(tǒng),從而實現(xiàn)姿軌耦合控制系統(tǒng)的可靠仿真。
【關(guān)鍵詞】：大尺度薄膜 協(xié)同控制 滑模控制 振動干擾 姿軌耦合
【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】：V442;V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題來源及研究背景和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-14
• 1.2.1 大型膜結(jié)構(gòu)展開方法研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 編隊協(xié)同控制技術(shù)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 姿軌耦合問題研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 國內(nèi)外文獻綜述14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 空間飛行器編隊系統(tǒng)動力學建模16-28
• 2.1 常用坐標系定義16-17
• 2.2 軌道動力學模型17-22
• 2.2.1 單星軌道動力學模型17-20
• 2.2.2 多星軌道動力學模型20-21
• 2.2.3 編隊飛行必要條件分析21-22
• 2.3 姿態(tài)運動學與動力學模型22-25
• 2.3.1 四元數(shù)22-23
• 2.3.2 姿態(tài)運動學模型23
• 2.3.3 姿態(tài)動力學模型23-25
• 2.4 圖論基礎25-27
• 2.4.1 圖的定義25
• 2.4.2 圖的相關(guān)矩陣25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 大尺度薄膜軌道協(xié)同控制展開28-42
• 3.1 空間電站薄膜在軌組裝與展開方案設計28-29
• 3.2 分布式主動協(xié)同展開控制器設計29-36
• 3.3 仿真實驗與分析36-41
• 3.3.1 仿真初始條件36-38
• 3.3.2 仿真結(jié)果38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 空間飛行器姿態(tài)自適應協(xié)同控制42-56
• 4.1 自適應滑�？刂破�42-49
• 4.1.1 自適應滑模協(xié)同控制器設計42-46
• 4.1.2 仿真實驗與分析46-49
• 4.2 自適應滑模抖振抑制控制器49-55
• 4.2.1 自適應滑模抖振抑制控制器設計49-52
• 4.2.2 仿真實驗與分析52-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第5章 基于對偶四元數(shù)的姿軌耦合控制56-73
• 5.1 對偶四元數(shù)56-58
• 5.1.1 對偶數(shù)及對偶向量56-57
• 5.1.2 對偶四元數(shù)57-58
• 5.2 基于對偶四元數(shù)的動力學模型58-60
• 5.2.1 單星姿軌動力學模型58-59
• 5.2.2 相對姿軌動力學模型59-60
• 5.3 薄膜結(jié)構(gòu)分析60-65
• 5.3.1 模態(tài)分析原理及振動方程60-61
• 5.3.2 薄膜結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析61-63
• 5.3.3 薄膜結(jié)構(gòu)橫向振動分析63-65
• 5.4 姿軌耦合協(xié)同控制研究65-72
• 5.4.1 協(xié)同控制律設計65-66
• 5.4.2 穩(wěn)定性分析66-67
• 5.4.3 仿真實驗與分析67-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻75-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他研究成果80-82
• 致謝82

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3 劉大衛(wèi);上官垠黎;左Z瀂，

本文編號：973235