基于编队卫星协同控制的空间柔性体展开方法研究

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1、工程硕士学位论文基于编队卫星协同控制的空间柔性体展开方法研究DEPLOYABLEMETHODOFFLEXIBLESTRUCTUREBASEDONSPACECRAFTFORMATIONWITHCOOPERATINGCONTROL周浩哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V448.22学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文基于编队卫星协同控制的空间柔性体展开方法研究硕士研究生：周浩导师：张泽旭教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：飞行器动力学与控制研究所答辩日期：2015年6

2、月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.22U.D.C.:629.78ThesisfortheMasterDegreeinEngineeringDEPLOYABLEMETHODOFFLEXIBLESTRUCTUREBASEDONSPACECRAFTFORMATIONWITHCOOPERATINGCONTROLCandidate：ZhouHaoSupervisor：Prof.ZhangZexuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecia

3、lty：AerospaceEngineeringSpacecraftDynamicsandControlAffiliation：InstituteDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology：哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要目前，空间轻质柔性结构的展开方法主要有抛射展开、充气展开、机械展开和自旋展开四种方式，这些展开方式都是基于单星平台的，对柔性体的尺寸有很强的约束。随着航天在轨服务的发展，大尺度柔性体的

4、展开越来越受到关注，基于单星平台的展开方式已无法满足需求。为此，本文提出了一种基于编队卫星协同控制技术的空间大尺度柔性体展开方法，这种方法的研究思路是采用编队卫星协同控制技术牵引柔性结构展开，将大尺度柔性体的展开控制与稳定问题转化为编队卫星协同控制问题，将展开过程中柔性体对编队卫星的影响作为编队卫星控制系统的扰动力。本文的主要研究工作如下。首先，利用基于物理特性的布料仿真技术对空间柔性体进行仿真。运用质点-弹簧模型进行建模并对各质点进行受力分析；通过显式积分方法求解各质点下一时刻的位置和速度；仿真中加入变形约束防止仿真出

5、现―失真‖、―超弹‖等现象。其次，建立卫星编队动力学模型。基于图论知识描述编队卫星间的通讯拓扑关系；由单星相对某一参考点的单星轨道动力学推导出多星相对轨道动力学；分析多星轨道动力学微分方程解析解确定编队卫星编队飞行的必要条件。最后，将柔性绳网扰动作为控制系统扰动力，将控制输入受限以及能量最优作为控制器约束条件，提出编队卫星相对轨道转移协同控制算法。并结合柔性体动力学仿真进行基于编队卫星协同控制的空间柔性体展开方法的仿真实验与分析。关键词：柔性体展开；质点-弹簧模型；编队卫星；协同控制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文A

6、bstractCurrently,therearefourbasicdeployablemethodsoflightweightflexiblestructureinspace:projectiondeployable,inflationdeployable,mechanicaldeployableandspindeployable.Buttheabovefourdeployablemethodsbothoperateonasinglesatellite,thenthesizeofthatlightweightflexi

7、blestructureislimited.Astheaerospaceindustrydevelops,theneedforbiggersizeisgrowing.Thosedeployablemethodsthatoperateonasinglesatellitecannolongermeetthedemand.Weneedtofindanewreliabilitydeployablemethod.Soanewdeployablemethodbasedonspacecraftformationwithcooperat

8、ingcontrolispresentedinthispaper.Theoverallideaofthispaperisdeploymentbythespacecraftformationwithcooperatingcontroldrawing.Thispapertransformsdeployablestabil