空间绳系卫星系统动力学建模及仿真研究

发布时间：2017-03-29 01:00

  本文关键词：空间绳系卫星系统动力学建模及仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 空间绳系系统是当代空间技术发展的一个新领域,具有广阔的应用前景。自二十世纪六、七十年代开始,对空间绳系系统相关问题的研究一直持续至今。本文以空间绳系机动和绳网抛撒问题为背景,采用珠式模型和Newton-Euler方法对空间绳系系统动力学及控制问题进行建模和仿真分析。 首先简要回顾了空间绳系系统动力学问题的研究概况,并对绳系动力学模型进行了简要介绍。然后在轨道坐标系中建立空间系绳的珠式模型,采用Newton-Euler方法推导系绳的相对运动动力学方程,并与Lagrange能量法所建动力学方程进行比较。本文推导动力学方程所采用的Newton-Euler法,从珠式模型系绳的局部入手,分析单个珠点的受力而得出动力学方程;而Lagrange能量法从绳系系统的整体入手,分析系统的能量,采用Lagrange公式求导得出珠点的动力学方程。 然后进一步对绳系系统释放、收拢以及稳定保持等运动过程建模,并考虑了应力控制、速率控制以及子星喷气推力控制等几种常见的控制方式。最后针对应力控制和速率控制方式,对珠式模型和不考虑系绳质量和形状特性的简化模型的动力学特性进行了仿真分析,并对结果进行了比较分析。 从珠式模型的仿真结果可以看出,空间系绳释放运动是收敛的,而收敛运动有发散的趋势,另外不同控制方式下系绳动力学过程存在差别,这与理论分析结果是一致的。而通过与简化模型的结果比较看出,两种模型描述的系绳运动是一致的。 由于考虑了系绳的弹性应变和分布质量,还有模型本身的特点,使得珠式模型能够细致地描述系绳的纵横向振动,珠式模型能够描述系绳不同的振型,且振动状态有高低频两种,低频的振动状态是由面内外摆角导致的,高频振动是由于系绳弹性和分布质量而导致。而简化模型不能细致的描述系绳的纵横向振动,因此可以应用珠式模型对系绳的纵横向振动问题开展深入的研究。 本文研究的模型和方法可以应用于研究空间绳系机动和空间绳网抛撒等问题。
【关键词】：绳系卫星 动力学 珠式模型 Newton-Euler方法 绳系控制 纵横向振动 仿真
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：V414
【目录】：

• 图目录7-9
• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 论文研究背景12-14
• 1.2 绳系系统动力学研究综述14-18
• 1.2.1 绳系系统动力学特性及复杂性15-16
• 1.2.2 绳系动力学研究现状16-18
• 1.3 系绳动力学模型综述18-20
• 1.4 本文研究的主要内容20-21
• 第二章 空间绳系系统珠式模型21-32
• 2.1 系绳珠式模型21-22
• 2.2 矢量力学动力学方程22-28
• 2.2.1 轨道坐标系与绳系本体坐标系转换关系22-23
• 2.2.2 相对运动矢量方程23
• 2.2.3 系绳珠点受力分析23-24
• 2.2.4 动力学方程24-28
• 2.3 分析力学动力学方程28-30
• 2.4 小结30-32
• 第三章 空间绳系系统运动模型32-40
• 3.1 绳系释放模型32-36
• 3.2 绳系收拢模型36-37
• 3.3 绳系稳定保持阶段模型37-38
• 3.4 小结38-40
• 第四章 模型中不同控制方式的应用40-48
• 4.1 系绳应力控制40-43
• 4.2 绳长速率控制43-46
• 4.3 子星喷气推力控制46-47
• 4.4 小结47-48
• 第五章 仿真结果与比较分析48-76
• 5.1 应力控制下的仿真计算48-63
• 5.1.1 稳定控制48-58
• 5.1.2 释放控制58-61
• 5.1.3 收拢控制61-63
• 5.2 速率控制下的仿真计算63-75
• 5.2.1 匀速释放63-66
• 5.2.2 匀加速释放66-68
• 5.2.3 指数规律释放68-71
• 5.2.4 三阶段型速率释放71-75
• 5.3 小结75-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 作者在学期间取得的学术成果82

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 昝修平;杨彩云;;芳纶编织绳与加捻绳的拉伸曲线比较分析[J];玻璃钢/复合材料;2011年04期

2 刘壮壮;宝音贺西;;基于非线性单元模型的绳系卫星系统动力学[J];动力学与控制学报;2012年01期

3 胡真坚;鲜勇;冯杰;雷刚;;绳系网捕系统的定位与测姿方法研究[J];飞行力学;2012年01期

4 王亚伟;贾月红;陈智谦;韩雅慧;杨春信;;飞艇系留系统静态与动态仿真研究[J];航天返回与遥感;2012年02期

5 贾杰;罗小娜;曹姣;;空间碎片捕获过程动力学建模综述[J];航天器环境工程;2013年01期

6 冯杰;鲜勇;雷刚;;基于里兹法的绳系卫星动力学仿真[J];中国空间科学技术;2011年06期

7 马骏;黄攀峰;孟中杰;胡仄虹;;自主机动空间绳网机器人设计与动力学建模[J];宇航学报;2013年10期

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1 周红;平动点附近旋转三角形绳系卫星编队动力学[D];大连理工大学;2012年

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本文编号：273341