一种二体星型空间绳系编队系统构型保持协调控制方法技术方案

本发明专利技术提出一种二体星型空间绳系编队系统构型保持协调控制方法，首先建立一种二体星型空间绳系编队系统构型保持协调控制方法；以两个旋臂的绳系拉力和主航天器的自旋扭矩作为控制输出量，设计构型保持控制器；设定误差阀值系数初值，采用构型保持控制器对二体星型空间绳系编队系统在自旋运动过程中产生的旋臂角误差和自旋转速误差进行控制。实际应用中，可以通过调节误差阀值系数的大小来获得不同的控制效果，以兼顾燃料消耗和控制时间的要求。该协调控制方法为二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制方面的研究提供了理论支持。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出，首先建立；以两个旋臂的绳系拉力和主航天器的自旋扭矩作为控制输出量，设计构型保持控制器；设定误差阀值系数初值，采用构型保持控制器对二体星型空间绳系编队系统在自旋运动过程中产生的旋臂角误差和自旋转速误差进行控制。实际应用中，可以通过调节误差阀值系数的大小来获得不同的控制效果，以兼顾燃料消耗和控制时间的要求。该协调控制方法为二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制方面的研究提供了理论支持。【专利说明】
本专利技术涉及，该方法能够有效地应用在二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制任务中。
技术介绍
二体星型空间绳系编队系统是一种新型的空间编队系统，由位于编队中心的一个主航天器和分布在主航天器周围并通过空间绳系(称为旋臂)与之连接的两个子航天器组成。编队中的空间绳系一般约为几十至数百米，并且主航天器对连接的各空间绳系具有释放、回收和控制能)。主航天器能够通过自身的推力器等执行机构产生自旋扭矩，从而促使整个编队系统以一定的角速度在空间中做自旋运动，并利用自旋运动产生的离心力维持连接各子航天器的空间绳系的张力并保持编队构型。另外，两个子航天器也具有一定的自主机动力。二体星型空间绳系编队系统的编队控制任务可以由主航天器单独完成，例如，主航天器通过释放、回收编队中的空间绳系就可以实现编队构型的展开与回收；通过主航天器的自旋扭矩可以实现对编队自旋运动的控制。因此，二体星型空间绳系编队系统的控制方式简单，对子航天器的功能和燃料要求较低。理想状态下，二体星型空间绳系编队系统在空间中以一定的角速度作匀速自旋运动，其编队构型如图1所示。两个子航天器在主航天器周围呈对称分布，且连接主航天器与子航天器的旋臂保持直线张紧状态。但由于轨道摄动、机构误差等因素，二体星型空间绳系编队系统会出现旋臂角误差和自旋转速误差，图1中的理想构型将无法保持，必须采取一定的编队构型保持控制措施。二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制可以采用三种类型的控制量，包括旋臂的绳系拉力，主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主机动力。旋臂的绳系拉力实现比较复杂，并且其能够提供的控制量较小，好处在于绳系拉力的实现可以不消耗主航天器和子航天器本身所携带的燃料，而只需要消耗电能。主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主机动力均需要消耗本身所携带的燃料，但其能够提供相对较大的控制量。另外，子航天器所携带的燃料相对主航天器较少，而且补充比较困难。一般情况下，在空间任务中航天器携带的燃料是有限的，而电能某种意义上可以视为无限的。因此在二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制过程中，更希望使用消耗电能的旋臂的绳系拉力，而较少的使用主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主机动力，以延长编队系统的工作寿命。目前与二体星型空间绳系编队相关的研究集中在动力学建模方面，尚未有关于构型保持协调控制策略方面研究出现。
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术的目的在于针对二体星型空间绳系编队系统自旋运动过程中的构型保持控制问题，提出一种采用主航天器的自旋扭矩和旋臂的绳系拉力作为控制量的构型保持协调控制方法，该方法的特点是在实现构型保持控制任务的前提下，能够充分发挥主航天器的自旋扭矩和旋臂的绳系拉力作为控制量时的优势，进而达到减少燃料消耗，延长编队工作寿命的目的。技术方案本专利技术的技术方案为:所述，其特征在于:采用以下步骤:步骤1:建立线性的二体星型空间绳系编队系统构型保持控制模型ir = Ax+Bh，其中X = Αφ2 Awf , u= 1, Δ识和Δρ2为两个旋臂的旋臂角误差，Δ ω为自旋转速误差，AT1和AT2为两个旋臂的绳系拉力控制量，AM为主航天器的自旋扭矩控制量；【权利要求】1.，其特征在于:采用以下步骤:步骤1:建立线性的二体星型空间绳系编队系统构型保持控制模型A = Jx+忍W，其中X = Cap1 Αφ2 Δ(^1 U= Τ，Δ识和Δ钤为两个旋臂的旋臂角误差，Λ ω为自旋转速误差，AT1和AT2为两个旋臂的绳系拉力控制量，AM为主航天器的自旋扭矩控制量； 2.根据权利要求1所述，其特征在于:当要求减小控制时间时，增大误差阀值系数E的值；若要求减小主航天器自旋扭矩的燃料消耗，则减小误差阀值系数E的值。【文档编号】G05D1/10GK103914078SQ201410143888【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日 【专利技术者】黄攀峰, 袁建平, 刘彬彬, 孟中杰, 马骏 申请人:西北工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二体星型空间绳系编队系统构型保持协调控制方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：建立线性的二体星型空间绳系编队系统构型保持控制模型其中u＝[ΔT1 ΔT2 αΔM]T，和为两个旋臂的旋臂角误差，Δω为自旋转速误差，ΔT1和ΔT2为两个旋臂的绳系拉力控制量，ΔM为主航天器的自旋扭矩控制量；A=00c00ca/ca/c0,B=d000d0001/I,α=0|x|≤E1|x|>E,a=-mω‾2r0(r0+L)2ILc=-(r0+L)Ld=12mLω‾]]>m为子航天器的质量，为二体星型空间绳系编队系统匀速自旋情况下编队的自旋转速，r0为主航天器的自旋半径，L为旋臂的长度，I为主航天器转动惯量，E为误差阀值系数；步骤2：根据步骤1建立的线性二体星型空间绳系编队系统构型保持控制模型，以两个旋臂的绳系拉力和主航天器的自旋扭矩作为控制输出量，设计构型保持控制器；步骤3：设定误差阀值系数E初值，采用步骤2设计的构型保持控制器对二体星型空间绳系编队系统在自旋运动过程中产生的旋臂角误差和和自旋转速误差Δω进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄攀峰，袁建平，刘彬彬，孟中杰，马骏，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61