一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法，首先建立一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法；以兩個(gè)旋臂的繩系拉力和主航天器的自旋扭矩作為控制輸出量，設(shè)計(jì)構(gòu)型保持控制器；設(shè)定誤差閥值系數(shù)初值，采用構(gòu)型保持控制器對(duì)二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)在自旋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的旋臂角誤差和自旋轉(zhuǎn)速誤差進(jìn)行控制。實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)誤差閥值系數(shù)的大小來(lái)獲得不同的控制效果，以兼顧燃料消耗和控制時(shí)間的要求。該協(xié)調(diào)控制方法為二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的構(gòu)型保持控制方面的研究提供了理論支持。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法，該方法能夠有效地應(yīng)用在二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的構(gòu)型保持控制任務(wù)中。
【背景技術(shù)】
[0002]二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)是一種新型的空間編隊(duì)系統(tǒng)，由位于編隊(duì)中心的一個(gè)主航天器和分布在主航天器周?chē)⑼ㄟ^(guò)空間繩系(稱(chēng)為旋臂)與之連接的兩個(gè)子航天器組成。編隊(duì)中的空間繩系一般約為幾十至數(shù)百米，并且主航天器對(duì)連接的各空間繩系具有釋放、回收和控制能)。主航天器能夠通過(guò)自身的推力器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自旋扭矩，從而促使整個(gè)編隊(duì)系統(tǒng)以一定的角速度在空間中做自旋運(yùn)動(dòng)，并利用自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力維持連接各子航天器的空間繩系的張力并保持編隊(duì)構(gòu)型。另外，兩個(gè)子航天器也具有一定的自主機(jī)動(dòng)力。二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的編隊(duì)控制任務(wù)可以由主航天器單獨(dú)完成，例如，主航天器通過(guò)釋放、回收編隊(duì)中的空間繩系就可以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)構(gòu)型的展開(kāi)與回收；通過(guò)主航天器的自旋扭矩可以實(shí)現(xiàn)對(duì)編隊(duì)自旋運(yùn)動(dòng)的控制。因此，二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的控制方式簡(jiǎn)單，對(duì)子航天器的功能和燃料要求較低。理想狀態(tài)下，二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)在空間中以一定的角速度作勻速自旋運(yùn)動(dòng)，其編隊(duì)構(gòu)型如圖1所示。兩個(gè)子航天器在主航天器周?chē)蕦?duì)稱(chēng)分布，且連接主航天器與子航天器的旋臂保持直線張緊狀態(tài)。但由于軌道攝動(dòng)、機(jī)構(gòu)誤差等因素，二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)旋臂角誤差和自旋轉(zhuǎn)速誤差，圖1中的理想構(gòu)型將無(wú)法保持，必須采取一定的編隊(duì)構(gòu)型保持控制措施。
[0003]二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的構(gòu)型保持控制可以采用三種類(lèi)型的控制量，包括旋臂的繩系拉力，主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主機(jī)動(dòng)力。旋臂的繩系拉力實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，并且其能夠提供的控制量較小，好處在于繩系拉力的實(shí)現(xiàn)可以不消耗主航天器和子航天器本身所攜帶的燃料，而只需要消耗電能。主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主機(jī)動(dòng)力均需要消耗本身所攜帶的燃料，但其能夠提供相對(duì)較大的控制量。另外，子航天器所攜帶的燃料相對(duì)主航天器較少，而且補(bǔ)充比較困難。一般情況下，在空間任務(wù)中航天器攜帶的燃料是有限的，而電能某種意義上可以視為無(wú)限的。因此在二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的構(gòu)型保持控制過(guò)程中，更希望使用消耗電能的旋臂的繩系拉力，而較少的使用主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主機(jī)動(dòng)力，以延長(zhǎng)編隊(duì)系統(tǒng)的工作壽命。目前與二體星型空間繩系編隊(duì)相關(guān)的研究集中在動(dòng)力學(xué)建模方面，尚未有關(guān)于構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制策略方面研究出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)自旋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的構(gòu)型保持控制問(wèn)題，提出一種采用主航天器的自旋扭矩和旋臂的繩系拉力作為控制量的構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法，該方法的特點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)構(gòu)型保持控制任務(wù)的前提下，能夠充分發(fā)揮主航天器的自旋扭矩和旋臂的繩系拉力作為控制量時(shí)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而達(dá)到減少燃料消耗，延長(zhǎng)編隊(duì)工作壽命的目的。
[0006]技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]所述一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:采用以下步驟:
[0009]步驟1:建立線性的二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持控制模型ir = Ax+Bh，其中X = Αφ2 Awf , u= [AT1 Δ T2 α ΔΜ]1, Δ識(shí)和Δρ2為兩個(gè)旋臂的旋臂角誤差，Δ ω為自旋轉(zhuǎn)速誤差，AT1和AT2為兩個(gè)旋臂的繩系拉力控制量，AM為主航天器的自旋扭矩控制量；
【權(quán)利要求】
1.一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:采用以下步驟:步驟1:建立線性的二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持控制模型A = Jx+忍W，其中X = Cap1 Αφ2 Δ(^1 U= [AT1 AT2 α ΛΜ]Τ，Δ識(shí)和Δ鈐為兩個(gè)旋臂的旋臂角誤差，Λ ω為自旋轉(zhuǎn)速誤差，AT1和AT2為兩個(gè)旋臂的繩系拉力控制量，AM為主航天器的自旋扭矩控制量；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)構(gòu)型保持協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:當(dāng)要求減小控制時(shí)間時(shí)，增大誤差閥值系數(shù)E的值；若要求減小主航天器自旋扭矩的燃料消耗，則減小誤差閥值系數(shù)E的值。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK103914078SQ201410143888
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】黃攀峰, 袁建平, 劉彬彬, 孟中杰, 馬駿 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)