电动力绳系空间展开和位置保持控制方法研究

发布时间：2021-04-25 20:53

　　近年来,遗留在空间中的太空垃圾已经成为了不可忽视的安全隐患,一个合理可行的加速碎片离轨的方法势在必行。电动力绳系统是一个新颖且有效的方法,当带电导线在地磁场中高速运动时,会感应出感应电动势。此时,系统可以和空间电离层中的带电粒子形成闭合回路,导电绳上有电流产生,与地磁场相互作用,产生的洛伦兹力使废弃航天器减速,具有很大的应用前景。但是电动力绳系也面临诸多困难,电动力绳系统的控制能力?分有限,对系统的展开和位置保持带来很大难度。针对上述问题,本文重点研究电动力绳系的空间展开、位置保持以及离轨效率分析等问题,主要包括以下几个方面的工作:首先,在对电动力绳系统的结构和原理分析的基础上,开展了包含电动力和其他摄动力的电动力绳系统二体轨道动力学建模,尤其对电动力绳系统中电动力的产生起到决定作用的地磁场和电离层进行了数学建模,给出了数值仿真过程中的环境参数。然后,针对在电动力绳系统空间展开的问题,研究了基于刚性杆假设的哑铃模型的电动力绳系统的空间展开动力学,通过将非线性系统在平衡位置线性化,给出系统的状态空间表达式,设计了状态反馈控制器并对稳定性进行了分析。进一步,以电动力绳张力为约束提出了改进的... 

【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】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 电动力绳系统建模与控制方法
        1.2.2 代表性在轨试验项目
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 电动力绳系统轨道动力学及电磁环境建模
    2.1 引言
    2.2 电动力绳系统结构及原理
    2.3 电动力绳系统轨道动力学建模
        2.3.1 相关坐标系描述
        2.3.2 二体动力学模型
        2.3.3 考虑摄动轨道模型描述
    2.4 地磁场和电离层环境建模
        2.4.1 地磁场模型
        2.4.2 电离层模型
    2.5 本章小结
第3章 基于张力约束的电动力绳空间展开控制
    3.1 引言
    3.2 空间展开运动建模
    3.3 考虑张力约束的PD控制器设计
        3.3.1 比例-微分控制器设计
        3.3.2 基于张力约束的控制器设计
    3.4 仿真分析
    3.5 本章小结
第4章 电动力绳系空间位置保持控制
    4.1 引言
    4.2 电动力绳系位置保持的动力学建模
    4.3 基于能量函数的位置保持控制
        4.3.1 控制器设计与可行性证明
        4.3.2 仿真验证
    4.4 扩展时滞自同步的位置保持控制
        4.4.1 控制器设计与可行性证明
        4.4.2 仿真验证
    4.5 本章小结
第5章 电动力绳系的离轨效率分析
    5.1 引言
    5.2 离轨过程中的相关摄动力建模
        5.2.1 地球非球形引力摄动
        5.2.2 大气阻力摄动
        5.2.3 三体摄动
    5.3 离轨仿真与效率分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]电离层模型IRI-2016的hmF2参数的性能评估[J]. 孙方方,罗佳.  测绘地理信息. 2019(05)
[2]空间碎片监测移除前沿技术与系统发展[J]. 李明,龚自正,刘国青.  科学通报. 2018(25)
[3]空间电动力绳系统理论及实验研究[J]. 余本嵩,文浩,金栋平,陈提.  力学进展. 2016(00)
[4]电动力绳系研究进展[J]. 蔡洪,杨育伟,郭才发.  宇航学报. 2014(11)
[5]绳系卫星在轨试验及地面物理仿真进展[J]. 陈辉,文浩,金栋平,胡海岩.  力学进展. 2013(01)
[6]美俄卫星碰撞事件验证及其对我国卫星的影响分析[J]. 冯昊,向开恒.  航天器工程. 2009(05)
[7]基于电动力绳系的航天器离轨方式初步研究[J]. 徐大富,孙克新,孔宪仁,王本利.  航天器环境工程. 2009(04)

博士论文
[1]绳系卫星释放和回收的动力学控制[D]. 文浩.南京航空航天大学 2009



本文编号：3160079