The invention discloses a method for restraining small angle swing of space tether assembly with approximate linearization control. The space fixed rectangular coordinate system is established, and the swing dynamics model of the space rope system combination is established according to Lagrange equation. The model is linearized and the swing angle suppression control mode, speed feedback control mode and position feedback control mode are established according to the linearized model design. The swing angle, speed and position control variables are respectively processed and obtained by compound calculation. The total control quantity is brought into the swing dynamics model for control. The method realizes two-dimensional swing control of space tether assembly, and has the advantages of simple control, fast response and good effect.
【技术实现步骤摘要】
近似线性化控制的空间绳系组合体小角度摆动抑制方法
本专利技术涉及空间绳系组合体的控制,尤其涉及一种近似线性化控制的空间绳系组合体小角度摆动抑制方法。
技术介绍
空间绳系系统,是指利用柔性系绳连接多个卫星或航天器组成的飞行系统。二体绳系系统作为典型的空间绳系,一般由两个航天器和将两者相连的长缆绳组成。二体绳系是进行绳系系统分析的基础。目前,学者们以二体绳系捕获过程为研究对象开展了大量研究,研究出一套基于绳长速率控制、推力器控制、系绳张力控制、力矩控制等的控制方法,在姿态稳定、系绳收放稳定等研究中取得了良好的效果。对于二体绳系中出现的周期运动,有文献指出面内振动的振幅数倍于面外振动的振幅,对面外摆角常给出已达稳定的假设,因此许多研究关注的目标在于面内摆角的消除,并将二体绳系的周期运动近似假设为平面运动。但实际上,绳系组合体的面内外摆动是相互耦合的,为此本专利技术以空间悬浮状态下的拖拽绳系组合体为研究对象,进行基于任务平台加速度控制的空间绳系组合体二维摆动控制研究。
技术实现思路
针对空间绳系组合体的二维摆动问题,本专利技术的目的在于提供一种基于滑模变结构控制的空间绳系组合体二维消摆控制方法,线性化之后的模型面内外摆角相互解耦,是一种控制响应快、鲁棒性好、抗干扰能力强的控制方法。为了达到上述专利技术目的,如图2所示,本专利技术采用的技术方案的步骤如下:步骤1)以拖拽方向作为Z轴,垂直于拖拽方向的平面上建立XY轴,构建XYZ三维笛卡尔坐标系作为空间固定直角坐标系;根据拉格朗日方程建立得到空间绳系组合体的摆动动力学模型为:其中:(x,y,z)为任务平台的质心O0在空间固 ...
【技术保护点】
1.一种近似线性化控制的空间绳系组合体小角度摆动抑制方法,其特征在于,该方法的步骤如下:步骤1)以拖拽方向作为Z轴,垂直于拖拽方向的平面上建立XY轴,构建XYZ三维笛卡尔坐标系作为空间固定直角坐标系;根据拉格朗日方程建立得到空间绳系组合体的摆动动力学模型为:
【技术特征摘要】
1.一种近似线性化控制的空间绳系组合体小角度摆动抑制方法,其特征在于,该方法的步骤如下:步骤1)以拖拽方向作为Z轴,垂直于拖拽方向的平面上建立XY轴,构建XYZ三维笛卡尔坐标系作为空间固定直角坐标系;根据拉格朗日方程建立得到空间绳系组合体的摆动动力学模型为:其中:(x,y,z)为任务平台的质心O0在空间固定直角坐标系的三维坐标,m为目标星的质量,l为任务平台和目标星之间的系绳长度,FT表示系绳张力,θ为O0O1在XZ平面的投影与锥体中心线之间的夹角即空间绳系组合体的面内摆角,为O0O1在XZ平面的投影与O0O1之间的夹角即空间绳系组合体的面外摆角,O1为目标星的质心;字母上的一点表示一阶导数,字母上的两点表示二阶导数;在面内外摆角小角度摆动的前提下对空间绳系组合体的摆动动力学模型进行线性化处理,绳长l固定不变,线性化之后模型表示为:步骤2)在拖拽过程中,任务平台质心O0在Z轴方向上的加速度和系绳长度l固定不变,以任务平台质心O0在X和Y轴方向上的加速度作为控制输入量进行控制器设计,根据近似线性化后的空间绳系组合体模型建立以下角度PID控制方式:其中,uax,uay分别表示实现摆角控制的X轴和Y轴方向加速度控制量,kpθ、kiθ、kdθ分别为面内摆角θ的PID控制器的比例系数、积分系数及微分系数,分别为面外摆角的PID控制器的比例系数、积分系数及微分系数;步骤3)由速度差值作为速度闭环输入,速度反馈值来自于对任务平台质心O0加速度的积分,从摆角控制考虑,速度闭环环节中的控制量作为扰动引入前向通道,建立以下速度反馈控制方式:其中,uvx、uvy分别表示实现任务平台速度控制的X轴和Y轴方向加速度控制量;kpvx、kivx及kdvx分别为X轴坐标分量上的速度PID控制器的比例系数、积分系数及微分系数,kpvy、kivy及kdvy分别为Y轴坐标分量上的速度PID控制器的比例系数、积分系...
【专利技术属性】
技术研发人员:王班,郭吉丰,鄢雨辰,周茂瑛,周传平,冯长水,
申请(专利权)人:杭州电子科技大学,浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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