二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)自旋展開與回收最優(yōu)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)自旋展開與回收最優(yōu)控制方法，首先確定約束條件，包括控制量約束、狀態(tài)約束、終端約束和動(dòng)力學(xué)約束，其次根據(jù)任務(wù)要求選取性能指標(biāo)，然后通過hp-自適應(yīng)為偽譜法獲得最優(yōu)控制量M和最優(yōu)理想狀態(tài)，最后設(shè)計(jì)狀態(tài)測(cè)量誤差控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤差控制器分別對(duì)理想狀態(tài)和最優(yōu)控制與實(shí)際狀態(tài)和實(shí)際控制的誤差進(jìn)行控制。本發(fā)明利用從自旋運(yùn)動(dòng)出發(fā)建立的自旋動(dòng)力學(xué)模型，能夠在一定的性能指標(biāo)和約束條件下，控制二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)順利地實(shí)現(xiàn)自旋展開與回收任務(wù)，并為一般的多體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的自旋展開與回收控制提供了一定的理論參考。
【專利說明】二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)自旋展開與回收最優(yōu)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)自旋展開與回收最優(yōu)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)的自旋展開與回收過程中。
【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圍并通過空間繩系(稱為旋臂)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)型的展開與回收；通過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。二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)在自旋運(yùn)動(dòng)過程中，能夠通過釋放或者回收編隊(duì)中的繩系，從而改變編隊(duì)自旋運(yùn)動(dòng)的覆蓋面，空間任務(wù)的靈活性也大大增強(qiáng)。但是釋放或者回收編隊(duì)中的繩系，也就是改變編隊(duì)中旋臂的長(zhǎng)度，將會(huì)導(dǎo)致編隊(duì)的自旋轉(zhuǎn)速和旋臂角發(fā)生變化，而理想的編隊(duì)自旋轉(zhuǎn)速和輻射開環(huán)構(gòu)型也會(huì)受到影響。
[0003]一般的空間任務(wù)中，希望編隊(duì)自旋展開與回收任務(wù)完成后，編隊(duì)仍然能夠保持理想的勻速自旋運(yùn)動(dòng)和輻射開環(huán)構(gòu)型，盡量避免編隊(duì)自旋展開和回收導(dǎo)致編隊(duì)的理想狀態(tài)受到破壞。因此編隊(duì)的自旋展開與回收控制問題是二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)研究的核心問題之一。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究中，大多利用拉格朗日法建立的動(dòng)力學(xué)模型，在一定的假設(shè)條件下對(duì)空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的展開和回收控制進(jìn)行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[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)的自旋展開與回收控制問題，提出一種采用主航天器的自旋扭矩作為控制量的自旋展開與回收最優(yōu)方法，該方法的特點(diǎn)是能夠在一定的性能指標(biāo)和約束條件下，控制二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)順利地實(shí)現(xiàn)自旋展開與回收任務(wù)，并為一般的多體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的自旋展開與回收控制提供了一定的理論參考。
[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)自旋展開與回收最優(yōu)控制方法，其特征在于:采用以下步驟:
[0009]步驟1:根據(jù)實(shí)際任務(wù)要求，確定二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)自旋展開與回收任務(wù)的約束條件，包括控制量約束、狀態(tài)約束、終端約束和動(dòng)力學(xué)約束；
[0010]所述動(dòng)力學(xué)約束指滿足二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的非線性自旋動(dòng)力學(xué)模型:
【權(quán)利要求】
1.一種二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)自旋展開與回收最優(yōu)控制方法，其特征在于:采用以下步驟: 步驟1:根據(jù)實(shí)際任務(wù)要求，確定二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)自旋展開與回收任務(wù)的約束條件，包括控制量約束、狀態(tài)約束、終端約束和動(dòng)力學(xué)約束； 所述動(dòng)力學(xué)約束指滿足二體星型空間繩系編隊(duì)系統(tǒng)的非線性自旋動(dòng)力學(xué)模型:

【文檔編號(hào)】G05D1/10GK103901894SQ201410147969
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】黃攀峰, 馬駿, 袁建平, 劉彬彬, 孟中杰 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)