空间绳系编队的动力学及稳定展开控制研究

发布时间：2024-04-14 14:00

　　以三角构型的空间绳系编队系统为对象开展了动力学特性分析和稳定展开控制研究。首先,针对以往编队动力学建模的精度问题,采用Lagrange法建立了系统动力学模型,建模时充分考虑了系绳的弹性,可在不增加计算量的同时保留系统的弹性特性。其次,根据所建立的动力学模型,定量分析了编队自旋稳定时自转角速度的范围,为之后的稳定展开控制提供理论依据。由于受制于执行机构精度和控制输入的限制,空间绳系编队系统是一个典型的欠驱动系统,采用分层滑模实现编队的稳定展开控制,仿真结果验证了该控制方法的有效性。

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【部分图文】：

图1编队相关参考坐标系示意图

编队中相关的物理量定义如下:三颗卫星质量分别为m1,m2,m3,且m1=m2=m3,系统总质量为m=m1+m2+m3。三根系绳长度分别为l1,l2,l3。定义自转角θ1,θ2分别是系绳1、系绳2与轨道坐标系x轴正向的夹角。1.3动力学模型

图2θ′=0.5时编队运动情况

θ′=0.5和θ′=1时整个编队在轨道坐标系中的运动情况分别如图2和图3所示。对比可知:θ′=0.5时,编队构型随时间增加出现混乱,编队不稳定,仅靠自身不能保持正常运行;而θ′=1时,编队构型始终保持为三角形,整体稳定旋转,编队能在自身旋转的作用下保持整体的稳定。这与式(21)的....

图3θ′=1时编队运动情况

图2θ′=0.5时编队运动情况θ′=1时编队三根系绳的长度变化如图4所示,其长度均保持在略大于1的范围内,这说明系绳均处于拉伸状态,卫星始终受到系绳拉力的作用。编队的自转角速度如图5所示,θ′1,θ′2均略小于初始值,这是由于系统部分动能转化为弹性势能的原因。同时,编队中各系绳....

图4各系绳长度变化图

系绳1长度L1随角度θ1的变化如图6所示,绳长变化量随着编队旋转呈现周期性变化。L1的长度变化约在θ1=0(rad)时最大,在θ1=π/2(rad)时达到最小,这也与前文的分析一致。图5编队角速度变化图

本文编号：3954791