›› 2013, Vol. 33 ›› Issue (6): 1-8.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.06.001

• 研究探讨 •    下一篇

太阳帆航天器姿态机动的复合控制研究

 翟坤, 张瑾, 王天舒   

  1. (清华大学航天航空学院,北京 100084)
  • 收稿日期:2013-04-15 修回日期:2013-06-21 出版日期:2013-12-25 发布日期:2013-12-25
  • 作者简介:翟坤 1979年生,2008年获哈尔滨工业大学飞行器设计专业博士学位,现为清华大学航天航空学院讲师。研究方向为航天器动力学与控制。
  • 基金资助:

    国家高技术研究发展计划(2012AA7096017),国家自然科学基金(11302113)资助项目

ResearchonCompoundControlforSolarSailSpacecraftAttitudeManeuvering

 ZHAI  Kun, ZHANG  Jin, WANG  Tian-Shu   

  1. (SchoolofAstronauticsandAerospace,TsinghuaUniversity,Beijing100084)
  • Received:2013-04-15 Revised:2013-06-21 Online:2013-12-25 Published:2013-12-25

摘要: 输入成型法无法消除姿态机动过程中的柔性振动,残留的柔性振动将改变大柔性太阳帆航天器的结构参数,影响姿态机动的控制精度。为此,基于两种控制手段(作用于太阳帆中心的喷气和作用于支撑杆顶端的电推进)的组合,提出复合控制方法,以消除姿态机动过程中的柔性振动。采用将帆面质量等效到支撑杆的简化方法,建立太阳帆航天器姿态运动与柔性振动的耦合动力学模型,并从减小振动模态的外加激励出发,根据简化的动力学模型,得到了两种复合控制的设计方法:消除某一阶的柔性振动方法和减小前nn>1)阶的柔性振动方法。仿真结果表明,相比输入成型法,第二种复合控制方法不但机动时间短,还能够将姿态机动过程中的柔性振动抑制到5%,使机动角度精度优于0.003°。由于仅利用已有的控制手段,复合控制方法算法简单,适合于实际应用。

关键词: 姿态机动, 输入成型, 振动抑制, 复合控制, 太阳帆航天器

Abstract: Theinputshapingmethodscan′teliminateflexiblevibrationsduringtheattitudemaneuvering.Theresidualflexiblevibrationwillchangethestructureparametersofthelargeflexiblesolarsailspacecraftandinfluencethecontrolprecisionofattitudemaneuvering.Therefore,thecompoundcontrolmethodwasproposedtoeliminatetheflexiblevibrationduringtheattitudemaneuvering,basedonthecombinationoftwokindsofcontrolways.Thecouplingdynamicmodelsofsolarsailattitudemotionsandflexiblevibrationswereestablishedbythemethodoftakingthesailmembranesqualityequivalenttobooms.Consideringofreducingtheexternalforcesofvibrationmodes,twokindsofcompoundcontrolstrategieswereobtainedbythesimplifieddynamicmodels.Accordingtothesimulationresults,themaneuveringtimeofthesecondcompoundcontrolmethodisfewerthanthatoftheinputshapingmethod.Thesecondcompoundcontrolmethodcanreduceflexiblevibrationsto5%duringtheattitudemaneuveringprocessandmaketheprecisionofthemaneuveringanglebetterthan0.003°.Becauseofjustusingthoseexistedcontrolways,thealgorithmsofthecompoundcontrolmethodaresimpleandsuitabletothepracticalapplications.

Key words: Attitudemaneuver, Inputshaping, Vibrationsuppressing〓, Compoundcontrol, Solarsailspacecraft