基于柔性减速刷的空间翻滚目标自主消旋研究
发布时间：2020-12-04 11:11
近年来,航天事业飞速发展,太空探索任务与日俱增,遗留在太空中的失效航天器等空间碎片对后续在轨航天器的安全造成威胁。空间碎片多为非合作目标,由于长期处于失控状态,受太阳光压、重力梯度及残余角动量的影响逐渐失稳,最终呈现自由翻滚状态,因此需研究空间翻滚目标的主动消旋技术,为后续在轨捕获任务提供必要条件。空间自由翻滚目标大多呈现自旋和章动两种运动状态。首先建立姿态动力学模型,进而分析两种状态下的目标姿态运动和标记点运动规律。由于空间翻滚目标为非合作目标,消旋机器人无法精确获得其姿态运动信息,因此需进行目标运动估计预测。通过建立四元数形式的姿态运动方程,进一步推导得到系统模型以及与标记点有关的观测模型。基于三阶球面-相径容积规则,设计容积卡尔曼滤波器估计预测目标的姿态运动情况。在已知目标运动状态的条件下,采用柔性减速刷进行翻滚目标的消旋。对于柔性减速刷进行动力学建模和接触碰撞建模,分析柔性减速刷消旋机理,在此基础上提出针对翻滚目标的通用消旋策略,并设计了消旋性能指标。采用柔性减速刷对空间翻滚目标消旋时,消旋过程中的接触碰撞产生干扰较大,采用H∞鲁棒最优控制器对空间机器人进...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
德国“在轨服务”任务
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文机械臂来捕获滚转的非合作卫星[3]；瑞士太空清理-1项目（CSO-1），如图 1-2所示，计划采用圆锥体网来捕获“瑞士立方体小卫星”（SwissCube），现阶段已经完成捕获系统的原型样机，下一步将研发工程机，将在 2018 年后发射[4]；日本的“空间碎片卫星清除器”（SDMR）项目，如图 1-3 所示，于 2010 年完成电动系绳推进的在轨演示实验，并于 2017 年初进行了电动系绳在轨部署实验，旨在自动调节电动系绳的倾角来控制推力，携带碎片离轨；欧洲航天局教育办公室的学生团队所设计的新概念空间系绳部署方案—绳系卫星系统（TSS）—采用固定线轴技术，以进行废弃卫星的回收，如图 1-4 所示，目前已完成地面试验部分。
计划采用圆锥体网来捕获“瑞士立方体小卫星”（SwissCube），现阶段已经完成捕获系统的原型样机，下一步将研发工程机，将在 2018 年后发射[4]；日本的“空间碎片卫星清除器”（SDMR）项目，如图 1-3 所示，于 2010 年完成电动系绳推进的在轨演示实验，并于 2017 年初进行了电动系绳在轨部署实验，旨在自动调节电动系绳的倾角来控制推力，携带碎片离轨；欧洲航天局教育办公室的学生团队所设计的新概念空间系绳部署方案—绳系卫星系统（TSS）—采用固定线轴技术，以进行废弃卫星的回收，如图 1-4 所示，目前已完成地面试验部分。图 1-1 德国“在轨服务”任务 图 1-2 瑞士太空清理-1 项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间充气展开绳网系统捕获目标自抗扰控制研究[J]. 刘昊,魏承,谭春林,刘永健,赵阳. 自动化学报. 2019(09)
[2]EKF与UKF的目标跟踪算法应用与对比[J]. 唐哲,王庭军,陈志豪. 无线互联科技. 2018(08)
[3]国外在轨服务系统最新发展(上)[J]. 王雪瑶. 国际太空. 2017(10)
[4]空间翻滚非合作目标消旋技术发展综述[J]. 路勇,刘晓光,周宇,刘崇超. 航空学报. 2018(01)
[5]粒子滤波算法[J]. 王法胜,鲁明羽,赵清杰,袁泽剑. 计算机学报. 2014(08)
[6]基于误差状态方程的机械臂H_∞最优控制[J]. 蔡壮,张国良,田琦. 控制工程. 2014(S1)
[7]基于容积卡尔曼滤波的卫星姿态估计[J]. 魏喜庆,宋申民. 宇航学报. 2013(02)
[8]在轨服务航天器对失控目标的姿态同步控制[J]. 耿云海,卢伟,陈雪芹. 哈尔滨工业大学学报. 2012(01)
[9]迭代容积卡尔曼滤波算法及其应用[J]. 穆静,蔡远利. 系统工程与电子技术. 2011(07)
[10]地基激光空间碎片清除技术研究[J]. 徐浩东,李小将,李怡勇,董二奎. 装备指挥技术学院学报. 2011(03)
博士论文
[1]基于ANCF的柔索动力学建模与自适应计算研究[D]. 张越.哈尔滨工业大学 2018
[2]容积卡尔曼滤波算法研究及其在导航中的应用[D]. 葛磊.哈尔滨工程大学 2013
[3]基于四元数非线性滤波的飞行器姿态确定算法研究[D]. 乔相伟.哈尔滨工程大学 2011
[4]基于神经网络的建模方法与控制策略研究[D]. 王俊国.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]空间非合作目标状态估计与消旋方案设计[D]. 邱爽.哈尔滨工业大学 2018
[2]单次任务中多块空间碎片主动移除的仿真分析[D]. 周秀华.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[3]空间飞网拖曳动力学研究[D]. 张瑞雄.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于库仑力的非接触式目标消旋研究[D]. 赵一鸣.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于绝对节点坐标法的柔性梁动力学建模与分析[D]. 李永亮.西安电子科技大学 2014
[6]基于容积卡尔曼滤波的单站无源定位跟踪算法研究[D]. 霍光.解放军信息工程大学 2013
[7]基于神经网络的预测控制方法研究[D]. 段向军.大庆石油学院 2005
本文编号：2897496
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
德国“在轨服务”任务
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文机械臂来捕获滚转的非合作卫星[3]；瑞士太空清理-1项目（CSO-1），如图 1-2所示，计划采用圆锥体网来捕获“瑞士立方体小卫星”（SwissCube），现阶段已经完成捕获系统的原型样机，下一步将研发工程机，将在 2018 年后发射[4]；日本的“空间碎片卫星清除器”（SDMR）项目，如图 1-3 所示，于 2010 年完成电动系绳推进的在轨演示实验，并于 2017 年初进行了电动系绳在轨部署实验，旨在自动调节电动系绳的倾角来控制推力，携带碎片离轨；欧洲航天局教育办公室的学生团队所设计的新概念空间系绳部署方案—绳系卫星系统（TSS）—采用固定线轴技术，以进行废弃卫星的回收，如图 1-4 所示，目前已完成地面试验部分。
计划采用圆锥体网来捕获“瑞士立方体小卫星”（SwissCube），现阶段已经完成捕获系统的原型样机，下一步将研发工程机，将在 2018 年后发射[4]；日本的“空间碎片卫星清除器”（SDMR）项目，如图 1-3 所示，于 2010 年完成电动系绳推进的在轨演示实验，并于 2017 年初进行了电动系绳在轨部署实验，旨在自动调节电动系绳的倾角来控制推力，携带碎片离轨；欧洲航天局教育办公室的学生团队所设计的新概念空间系绳部署方案—绳系卫星系统（TSS）—采用固定线轴技术，以进行废弃卫星的回收，如图 1-4 所示，目前已完成地面试验部分。图 1-1 德国“在轨服务”任务 图 1-2 瑞士太空清理-1 项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间充气展开绳网系统捕获目标自抗扰控制研究[J]. 刘昊,魏承,谭春林,刘永健,赵阳. 自动化学报. 2019(09)
[2]EKF与UKF的目标跟踪算法应用与对比[J]. 唐哲,王庭军,陈志豪. 无线互联科技. 2018(08)
[3]国外在轨服务系统最新发展(上)[J]. 王雪瑶. 国际太空. 2017(10)
[4]空间翻滚非合作目标消旋技术发展综述[J]. 路勇,刘晓光,周宇,刘崇超. 航空学报. 2018(01)
[5]粒子滤波算法[J]. 王法胜,鲁明羽,赵清杰,袁泽剑. 计算机学报. 2014(08)
[6]基于误差状态方程的机械臂H_∞最优控制[J]. 蔡壮,张国良,田琦. 控制工程. 2014(S1)
[7]基于容积卡尔曼滤波的卫星姿态估计[J]. 魏喜庆,宋申民. 宇航学报. 2013(02)
[8]在轨服务航天器对失控目标的姿态同步控制[J]. 耿云海,卢伟,陈雪芹. 哈尔滨工业大学学报. 2012(01)
[9]迭代容积卡尔曼滤波算法及其应用[J]. 穆静,蔡远利. 系统工程与电子技术. 2011(07)
[10]地基激光空间碎片清除技术研究[J]. 徐浩东,李小将,李怡勇,董二奎. 装备指挥技术学院学报. 2011(03)
博士论文
[1]基于ANCF的柔索动力学建模与自适应计算研究[D]. 张越.哈尔滨工业大学 2018
[2]容积卡尔曼滤波算法研究及其在导航中的应用[D]. 葛磊.哈尔滨工程大学 2013
[3]基于四元数非线性滤波的飞行器姿态确定算法研究[D]. 乔相伟.哈尔滨工程大学 2011
[4]基于神经网络的建模方法与控制策略研究[D]. 王俊国.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]空间非合作目标状态估计与消旋方案设计[D]. 邱爽.哈尔滨工业大学 2018
[2]单次任务中多块空间碎片主动移除的仿真分析[D]. 周秀华.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[3]空间飞网拖曳动力学研究[D]. 张瑞雄.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于库仑力的非接触式目标消旋研究[D]. 赵一鸣.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于绝对节点坐标法的柔性梁动力学建模与分析[D]. 李永亮.西安电子科技大学 2014
[6]基于容积卡尔曼滤波的单站无源定位跟踪算法研究[D]. 霍光.解放军信息工程大学 2013
[7]基于神经网络的预测控制方法研究[D]. 段向军.大庆石油学院 2005
本文编号：2897496
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