柔性太阳帆航天器姿态振动耦合建模与容错控制研究
发布时间：2021-01-27 12:35
随着人类探索领域向外太空扩展,太阳帆航天器作为一种利用太阳光压进行推进的新型航天器得到了广泛关注。太阳帆航天器通过姿态机动来改变光压推力的方向进而完成变轨等任务,因而其姿态控制尤为重要。同时,太阳帆航天器的特殊物理构型,使其具有大转动惯量、大柔性、弱阻尼、低刚度和密集模态等不同于普通航天器的动力学特性。并且,由于太阳帆航天器面临深空环境复杂、运行时间长等挑战,其容易出现故障。因此,设计有效的容错控制系统,保证具有特殊动力学特性的太阳帆航天器在故障情况下的安全航行,是一项极具挑战和意义的课题。故本文以柔性太阳帆航天器作为研究对象,考虑了其特殊物理结构、执行器的组合方案和相应故障,对太阳帆航天器的姿态动力学建模与姿态容错控制进行了重点研究。首先,介绍了将柔性太阳帆航天器作为研究课题的背景与意义,系统概述了已有的柔性太阳帆姿态建模的方法以及当前的控制方法,并总结了针对柔性太阳帆航天器所属的深空探测器使用的姿态容错控制方法。第二,针对柔性太阳帆航天器进行姿态振动耦合建模。采用达朗贝尔原理以及浮动坐标法完成其姿态振动耦合模型的建立,并通过ABAQUS软件对柔性太阳帆航天器进行有限元模态分析和数据...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机体坐标系示意图
图 2.4 太阳锥角、时钟角示意图向的单位矢量n 可以表示为：n cos r sin sin sin cos coscos r nr n rkr n r 到从轨道坐标系到机体坐标系进行变 1 0 0 cos sin 0 cos sin 0 c0 sin cos sin cos 密相关，后续通过bsC 与四元数的关系到太阳光压大小与姿态变化之间的数姿态运动学方程
万向节图 2.5 控制杆示意图航天器支撑杆自由端的小型帆板。控制原理为改变太阳光压在角帆上产生的姿态控制力矩。高。其缺点在于三轴耦合导致控制力矩设计复度难以保障。Stabilizer Bar, RSB)杆自由端，其结构如图 2.6。其工作原理主要进而完成对太阳光压力矩的控制。RSB 仅能控有影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大变形旋转柔性梁的一种高次刚柔耦合动力学模型[J]. 陈思佳,章定国,洪嘉振. 力学学报. 2013(02)
[2]RCS/气动舵自适应控制分配方法研究[J]. 臧希恒,唐硕,闫晓东. 飞行力学. 2013(02)
[3]执行器卡死并失效的航天器姿态稳定控制[J]. 肖冰,胡庆雷,张友民. 南京航空航天大学学报. 2011(S1)
[4]执行器故障的挠性航天器姿态滑模容错控制[J]. 肖冰,胡庆雷,霍星,马广富. 航空学报. 2011(10)
[5]采用滑块和RSB的太阳帆姿态控制[J]. 罗超,郑建华. 哈尔滨工业大学学报. 2011(03)
[6]太阳帆航天器动力学建模与求解[J]. 崔乃刚,刘家夫,荣思远. 航空学报. 2010(08)
[7]航天器时延自适应变结构容错控制[J]. 姜野,胡庆雷,马广富. 控制与决策. 2010(05)
[8]基于输入成形的柔性航天器振动闭环抑制方法研究[J]. 孔宪仁,杨正贤,叶东,董晓光,刘源. 振动与冲击. 2010(03)
[9]基于控制叶片的太阳帆姿态控制系统建模与仿真[J]. 骆军红,袁宴波,廖志忠. 系统仿真学报. 2009(24)
[10]Complete geometric nonlinear formulation for rigid-flexible coupling dynamics[J]. 刘铸永,洪嘉振,刘锦阳. Journal of Central South University of Technology. 2009(01)
博士论文
[1]执行器故障情况下的航天器姿态容错控制方法研究[D]. 韩宇.哈尔滨工业大学 2016
[2]太阳帆航天器轨道和姿态耦合设计与优化[D]. 钱航.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[3]大柔性太阳帆航天器姿轨耦合动力学与控制研究[D]. 张瑾.清华大学 2013
[4]复杂机构结构太阳帆航天器动力学建模与控制问题研究[D]. 刘家夫.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]高超声速飞行器再入段舵面与RCS融合容错控制研究[D]. 翟荣宇.南京航空航天大学 2017
[2]柔性太阳帆航天器姿态动力学建模与控制技术研究[D]. 郭涛源.哈尔滨工业大学 2014
[3]太阳帆航天器动力学建模与姿态控制研究[D]. 骆军红.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3003056
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机体坐标系示意图
图 2.4 太阳锥角、时钟角示意图向的单位矢量n 可以表示为：n cos r sin sin sin cos coscos r nr n rkr n r 到从轨道坐标系到机体坐标系进行变 1 0 0 cos sin 0 cos sin 0 c0 sin cos sin cos 密相关，后续通过bsC 与四元数的关系到太阳光压大小与姿态变化之间的数姿态运动学方程
万向节图 2.5 控制杆示意图航天器支撑杆自由端的小型帆板。控制原理为改变太阳光压在角帆上产生的姿态控制力矩。高。其缺点在于三轴耦合导致控制力矩设计复度难以保障。Stabilizer Bar, RSB)杆自由端，其结构如图 2.6。其工作原理主要进而完成对太阳光压力矩的控制。RSB 仅能控有影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大变形旋转柔性梁的一种高次刚柔耦合动力学模型[J]. 陈思佳,章定国,洪嘉振. 力学学报. 2013(02)
[2]RCS/气动舵自适应控制分配方法研究[J]. 臧希恒,唐硕,闫晓东. 飞行力学. 2013(02)
[3]执行器卡死并失效的航天器姿态稳定控制[J]. 肖冰,胡庆雷,张友民. 南京航空航天大学学报. 2011(S1)
[4]执行器故障的挠性航天器姿态滑模容错控制[J]. 肖冰,胡庆雷,霍星,马广富. 航空学报. 2011(10)
[5]采用滑块和RSB的太阳帆姿态控制[J]. 罗超,郑建华. 哈尔滨工业大学学报. 2011(03)
[6]太阳帆航天器动力学建模与求解[J]. 崔乃刚,刘家夫,荣思远. 航空学报. 2010(08)
[7]航天器时延自适应变结构容错控制[J]. 姜野,胡庆雷,马广富. 控制与决策. 2010(05)
[8]基于输入成形的柔性航天器振动闭环抑制方法研究[J]. 孔宪仁,杨正贤,叶东,董晓光,刘源. 振动与冲击. 2010(03)
[9]基于控制叶片的太阳帆姿态控制系统建模与仿真[J]. 骆军红,袁宴波,廖志忠. 系统仿真学报. 2009(24)
[10]Complete geometric nonlinear formulation for rigid-flexible coupling dynamics[J]. 刘铸永,洪嘉振,刘锦阳. Journal of Central South University of Technology. 2009(01)
博士论文
[1]执行器故障情况下的航天器姿态容错控制方法研究[D]. 韩宇.哈尔滨工业大学 2016
[2]太阳帆航天器轨道和姿态耦合设计与优化[D]. 钱航.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[3]大柔性太阳帆航天器姿轨耦合动力学与控制研究[D]. 张瑾.清华大学 2013
[4]复杂机构结构太阳帆航天器动力学建模与控制问题研究[D]. 刘家夫.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]高超声速飞行器再入段舵面与RCS融合容错控制研究[D]. 翟荣宇.南京航空航天大学 2017
[2]柔性太阳帆航天器姿态动力学建模与控制技术研究[D]. 郭涛源.哈尔滨工业大学 2014
[3]太阳帆航天器动力学建模与姿态控制研究[D]. 骆军红.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3003056
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