DFP航天器动力学特性分析及精确控制方法研究

发布时间：2021-02-06 01:29

　　无扰载荷（Disturbance-Free-Payload,DFP）航天器是一类用于有效载荷振动隔离的新型航天器,该类航天器结构将整个航天器分为有效载荷模块（Payload-Module,PM）和服务模块（Support-Module,SM）,二者通过DFP接口连接,DFP接口包括非接触式作动器和非接触式敏感器,可使PM与SM相互靠近但无机械接触,从而实现对PM的微振动隔离和精确定向。工程应用中,非接触式作动器为电磁作动器,其反电动势会引起PM与SM的耦合,将SM上振动干扰的影响传递到PM上,此外,SM与PM之间可能存在用于通讯和供电的连接缆线,也可引起PM与SM之间的耦合。本论文针对DFP航天器,考虑非接触式作动器反电动势和缆线刚度,分析PM与SM之间的耦合特性,并考虑反电动势和PM转动惯量不确定性,研究PM的精确控制问题。针对具有六杆立方构型DFP接口的DFP航天器,不考虑非接触式作动器反电动势和连接缆线刚度,分析了DFP接口作用于PM和SM上的作用力和作用力矩,建立了DFP航天器的动力学模型,包括PM姿态动力学模型、PM相对SM的相对平动动力学模型和SM相对PM的相对姿态动力学模... 

【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】：153 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的与意义
        1.1.1 课题背景
        1.1.2 课题研究目的及意义
    1.2 课题研究现状
        1.2.1 DFP航天器
        1.2.2 六自由度平台动力学建模方法
        1.2.3 非经典阻尼系统特征解计算方法
        1.2.4 神经网络学习算法
        1.2.5 不确定非线性系统控制方法
        1.2.6 研究现状概述
    1.3 论文主要研究内容及章节安排
第2章 DFP航天器动力学建模与性能分析
    2.1 引言
    2.2 DFP航天器结构
        2.2.1 立方构型DFP接口
        2.2.2 坐标系
    2.3 DFP航天器动力学模型
        2.3.1 接口作用力
        2.3.2 PM姿态动力学模型
        2.3.3 相对位置动力学模型
        2.3.4 相对姿态动力学模型
    2.4 控制系统设计
        2.4.1 PM姿态控制律
        2.4.2 相对姿态控制律
        2.4.3 相对位置控制律
    2.5 仿真分析
        2.5.1 飞轮干扰力矩
        2.5.2 仿真参数
        2.5.3 定向仿真结果
        2.5.4 机动仿真结果
    2.6 本章小结
第3章 考虑耦合因素的DFP航天器动力学特性分析
    3.1 引言
    3.2 接口平台动力学
        3.2.1 单支杆运动学分析
        3.2.2 单支杆动力学分析
        3.2.3 PM平台动力学方程
    3.3 耦合动力学模型
        3.3.1 非接触式作动器驱动力
        3.3.2 连接缆线作用力
        3.3.3 耦合动力学方程
    3.4 耦合特性分析
        3.4.1 耦合影响
        3.4.2 时域分析
        3.4.3 频域分析
    3.5 本章小结
第4章 不确定非线性系统控制方法研究
    4.1 引言
    4.2 不确定非线性系统
    4.3 HBF神经网络在线自构建学习算法
        4.3.1 HBF神经网络
        4.3.2 隐含层节点增加
        4.3.3 隐含层节点删除
        4.3.4 网络参数调整
        4.3.5 多输出HBF神经网络在线自构建学习算法
        4.3.6 算例及验证
    4.4 不确定非线性系统自适应神经网络控制
        4.4.1 自构建HBF神经网络自适应控制方法
        4.4.2 算例分析
    4.5 本章小结
第5章 PM姿态高精度控制方法研究
    5.1 引言
    5.2 具有惯量不确定性和反电动势干扰的PM姿态动力学模型
    5.3 PM姿态高精度控制
        5.3.1 PM姿态控制器设计
        5.3.2 稳定性分析
    5.4 仿真分析
        5.4.1 定向状态仿真
        5.4.2 机动过程仿真
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种改进的Stewart平台Newton-Euler动力学模型[J]. 何兆麒,薛冬新,张娟,宋希庚.  振动与冲击. 2018(09)
[2]柔性线缆连接的分离式卫星动力学建模[J]. 庞岩,李静,刘磊.  宇航学报. 2017(01)
[3]Stewart六自由度并联平台动力学模型振动分析[J]. 钱承,鄂加强,刘明,邓元望,朱浩.  湖南大学学报(自然科学版). 2016(02)
[4]动静隔离、主从协同控制双超卫星平台设计[J]. 张伟,赵艳彬,廖鹤,赵洪波.  上海航天. 2014(05)

博士论文
[1]几类不确定非线性系统的稳定性与控制研究[D]. 陈贞丰.广东工业大学 2013

硕士论文
[1]双体卫星减振系统地面模拟器的设计与分析[D]. 林屹立.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于DFP系统的三刚体航天器快速机动技术研究[D]. 黄思萌.哈尔滨工业大学 2016
[3]一种双体卫星的动力学建模与控制研究[D]. 杜超.哈尔滨工业大学 2015



本文编号：3019919