一种基于绳系技术的空间碎片回收控制方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天器控制领域，具体是一种基于绳系技术的空间碎片回收控制方法。
技术介绍
随着人类宇宙活动的日益频繁，在地球轨道附近遗留的以航天器碎片为主的太空垃圾急剧增加，这必将对在轨航天器的运行产生极大威胁，回收及清理这些空间碎片势在必行。因此，基于空间系绳的碎片回收技术已引起了科研工作者们的极大兴趣。如钟睿等基于线性自治绳系系统的稳定理论推导出了一套线性反馈控制律，能够实现空间绳系系统的稳定回收中国空间科学技术,2009,29(6):66-73)。Yu等基于一接近真实绳系系统的时变自由度柔性绳模型，对空间系绳的匀速回收进行了研究，数值结果表明在回收末期绳系碎片将发生大幅摆动甚至绕航天器旋转(ActaAstronautica,2010,67(7-8):845-853)。Steindl研究了空间绳系系统在回收过程中的面内外振荡问题，利用中心流形及协同控制方法分别对系绳摆动进行了抑制(Meccanica,2014,49(8):1879-1885)。Wen等提出了一套关于空间绳系回收的非线性张力控制策略，通过实时准线性化迭代算法数值解决了一系列非线性最优控制问题(A...
【技术保护点】
一种基于绳系技术的空间碎片回收控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，采用弹性杆模型研究空间绳系碎片系统，根据第二类Lagrange方程，建立系统动力学微分方程；步骤二，选取要回收的系绳长度，引入无量纲变换，将步骤一的系统动力学方程改写为无量纲形式的系统动力学方程，描述回收过程中系绳的面内外摆动；步骤三，根据步骤二回收过程中非线性时变系统动力学方程的面内外摆角振动抑制问题，推导出系绳长度变化解析控制律以及在碎片回收过程期望平衡位置中面内俯仰角的取值范围；步骤四，利用Floquet理论进一步分析系统的稳定性以及保持渐近稳定的期望面内俯仰角的取值范围。
【技术特征摘要】
1.一种基于绳系技术的空间碎片回收控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，采用弹性杆模型研究空间绳系碎片系统，根据第二类Lagrange方程，建立系统动力学微分方程；步骤二，选取要回收的系绳长度，引入无量纲变换，将步骤一的系统动力学方程改写为无量纲形式的系统动力学方程，描述回收过程中系绳的面内外摆动；步骤三，根据步骤二回收过程中非线性时变系统动力学方程的面内外摆角振动抑制问题，推导出系绳长度变化解析控制律以及在碎片回收过程期望平衡位置中面内俯仰角的取值范围；步骤四，利用Floquet理论进一步分析系统的稳定性以及保持渐近稳定的期望面内俯仰角的取值范围。2.根据权利要求1所述的基于绳系技术的空间碎片回收控制方法，其特征在于，所述的步骤一具体为：步骤1.1，采用弹性杆模型研究该系统的面内外振荡，视质量分别为mS和mD的在轨航天器S及空间碎片D为质点、将回收长度为l的空间系绳考虑成一根无质量弹性杆，ε表示弹性系绳的应变、EA为系绳刚度，系统质心o运行于偏心率为e的开普勒椭圆轨道，考察系统面内俯仰角θ及面外滚转角φ；步骤1.2，选取面内俯仰角θ、面外滚转角φ及回收绳长l为广义坐标，根据第二类Lagrange方程，系统动力学微分方程可写为：2m~ll′(θ′+v′)cos2φ+m~l2[(θ′′+v′′)cos2φ-2(θ′+v′)φsinφcosφ]+3μEm~l2r(v)3sinθcosθcos2φ=Qθ2m~ll′φ′+m~l2φ′′+m~l2(θ′+v′)2sinφcosφ+3μEm~l2r(v)3sinφcosφcos2θ=Qφm~l′′-m~l[φ·2+(θ′+v′)2cos2φ]+μEm~lr(v)3(1-3cos2θcos2φ)=-T---(1)]]>式中“'”表示对时间t的导数，参数ν为真近点角，μE为地球引力常数，r为系统质心o至地心O的距离，T＝εEA为系绳张力，Qθ和Qφ分别为θ和φ两个自由度的广义力；其中：r(v)=a(1-e2)/κ,v′=κ2μE/[a(1-e2)]3,]]>这里，a为绕地轨道长半轴，参数κ＝1+ecosν。3.根据权利要求1所述的基于绳系技术的空间碎片回收控制方法，其特征在于，所述的步骤二的具体为：在不计环境摄动的情况下，令Qθ＝0和Qφ＝0，以lr表示要回收系绳长度的参考长度，引入无量纲变换ξ＝l/[lr(1+ε)]，将系统动力学方程(1)改写为无量纲形式：θ··+2(θ·+1)(ϵ·1+ϵ+ξ·ξ-esinvκ-φ·tanφ)+3κsinθcosθ=0φ··+2φ·(ϵ·1+ϵ+ξ·ξ-esinvκ+[(θ·+1)2+3cos2θκ]...
【专利技术属性】
技术研发人员：余本嵩，金栋平，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。