【CN110210047A】带状绳系卫星释放动力学模型构建方法【专利】
绳系太阳能发电卫星姿态机动的边界控制
绳系太阳能发电卫星姿态机动的边界控制
周荻;范继祥
【期刊名称】《振动工程学报》
【年(卷),期】2013(026)001
【摘要】针对绳系太阳能发电卫星大角度回转机动时太阳能板的振动抑制问题,提出了主姿态控制和边界最优主动振动控制相结合的复合控制方法.基于Lyapunov 方法设计的主姿态控制器不但能够使卫星完成姿态机动,而且能够以太阳能板根部的弯曲力矩作为反馈信息,通过改变太阳能板根部的控制力矩来保证挠性结构振动的衰减性.考虑到绳的单侧饱和非线性特性,用非二次型性能指标代替传统的二次型性能指标设计的边界最优控制器能够进一步抑制挠性结构的振动.设计的同时证明了系统的稳定性及控制器的最优性.将该复合控制方法用于绳系卫星大角度单轴回转机动的仿真研究,仿真结果验证了该控制策略的有效性.
【总页数】7页(P41-47)
【作者】周荻;范继祥
【作者单位】哈尔滨工业大学控制科学与工程系,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学控制科学与工程系,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨师范大学电子工程系,黑龙江哈尔滨150025
【正文语种】中文
【中图分类】V448.2
【相关文献】
1.电动绳系在低极轨卫星中的应用研究 [J], 全荣辉;许猛;程世豪
2.绳系太阳能发电卫星姿态机动的主动振动控制 [J], 周荻;范继祥
3.绳系微小卫星的旋转编队飞行 [J], 陈志明;刘海颖;王惠南;冯成涛
4.空间绳系机器人大角度姿态机动控制 [J], 孟中杰;马骏
5.基于刚体卫星绳系编队系统的动力学建模及姿态控制 [J], 赵俊淇;陈卫东;余本嵩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
绳系卫星状态保持阶段运动分析与控制
精确性
精确控制绳系卫星的位置和速度，以满足任务需求。例如 ，对于地球观测任务，需要精确控制卫星的过境时间。
鲁棒性
在面对模型误差、测量噪声等不确定性因素时，控制器应 能保持较好的性能。
控制算法选择与设计
01
PID控制
一种经典的控制算法，通过比例、积分、微分三个环节的组合，实现对
系统的精确控制。PID控制算法简单、易于实现，但对于复杂的非线性
控制力和约束
引入控制力如推力器产生 的力，以及绳系长度、张 力等约束条件，完善绳系 卫星的运动模型。
数值仿真与结果分析
数值积分方法
采用适当的数值积分方法（如龙格-库塔法、辛普森法等）对绳系 卫星的运动方程进行求解。
仿真环境
搭建绳系卫星运动的仿真环境，模拟真实空间环境中的摄动因素和 控制力。
结果可视化与分析
实际应用价值
研究成果可直接应用于绳系卫星的 设计、发射和运行控制，提高我国 航天技术的整体水平，为国家航天 事业贡献力量。
02
绳系卫星运动分析
卫星轨道动力学基础
01
02
03
轨道参数
理解卫星轨道需关注参数 如半长轴、偏心率、倾角 等，这些参数描述了卫星 轨道的形状和大小。
轨道摄动
考虑大气阻力、太阳辐射 压等摄动因素对卫星轨道 的影响，建立相应的摄动 模型。
协同控制
综合考虑张力控制和姿态控制，实现两者的协同。通过设计协同控制器，确保在复杂环境下卫星能够稳定地保持在目标轨道上。
仿真结果分析与讨论
轨道误差分析
控制器性能评估
参数敏感性分析
通过比较仿真结果与目标轨道 的差异，量化评估控制策略的 精度和有效性。分析误差的来 源，为后续优化提供方向。
绳系卫星释放回收控制方法及系统[发明专利]
![绳系卫星释放回收控制方法及系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/32ac67f148649b6648d7c1c708a1284ac850051a.png)
专利名称：绳系卫星释放回收控制方法及系统专利类型：发明专利
发明人：饶海平,王子涵,李锦朝,王任廷,彭维峰申请号：CN202111430025.1
申请日：20211129
公开号：CN114115315A
公开日：
20220301
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出了一种绳系卫星释放回收控制方法及系统，该方法包括以下步骤：基于绳系卫星系统的轨道坐标系与本体坐标系建立绳系卫星摆振的动力学方程以及绳系卫星质心轨道运动方程；将绳系卫星摆振的动力学方程线性化，再对其进行转态，得到动力学方程线性化后的状态方程Z；根据动力学方程线性化后的状态方程Z以及绳系卫星质心轨道偏心率造成的系统参数不确定性，设计保证价值控制律；在绳系卫星系统中应用所述保证价值控制律对释放回收进行控制。
本发明能够使绳系卫星稳定地进行释放回收，使绳系卫星释放回收过程中不会发生缠绕，提高绳系卫星释放回收的稳态精度。
申请人：东方红卫星移动通信有限公司
地址：401120 重庆市渝北区龙兴镇两江大道618号
国籍：CN
代理机构：重庆双马智翔专利代理事务所(普通合伙)
代理人：顾晓玲
更多信息请下载全文后查看。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910210412.0
(22)申请日 2019.03.19
(71)申请人 南京航空航天大学
地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街
29号
(72)发明人 余本嵩 金栋平 文浩 代朋宾
(74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237
代理人 贺翔
(51)Int.Cl.
G06F 17/50(2006.01)
(54)发明名称带状绳系卫星释放动力学模型构建方法(57)摘要本发明公开了带状绳系卫星释放动力学模型构建方法，涉及航天器控制领域，能够准确描述空间带状系绳在释放过程中复杂的构型变化，并有效地揭示具有不同弯曲刚度的带状系绳对系统动力学的影响，准确反映带状系绳在释放过程中的构型变化。
本发明包括：将空间带状系绳均匀离散为若干个刚体单元，建立单个刚体单元的动力学方程、刚体单元间的约束方程，其中，根据释放阶段系绳释放出长度的不断变化，将刚体单元间的约束方程分为三类，分别为：主星中未释放出的单元间的约束、正在释放的刚体单元与上一个单元间的约束、已经释放出的单元间的约束，再根据释放过程中刚体单元间的约束方程，最终推导得到带状绳系卫星系统释放过程的动
力学方程。
权利要求书5页 说明书12页 附图4页CN 110210047 A 2019.09.06
C N 110210047
A
1.带状绳系卫星释放动力学模型构建方法，适用于带状绳系卫星系统，所述系统包括：空间带状系绳、系绳所连接的在轨航天器，即主星M、在轨航天器的末端载荷，即子星S；
固结于地球质心O的惯性坐标系O -XYZ，其X轴指向升交点，Z轴垂直于在轨航天器的轨道平面；
以主星M的质心o为原点的轨道坐标系o -xyz，其x轴指向在轨航天器运动的反方向，y轴由地球质心O指向主星的质心o；
固结于在轨航天器、末端载荷及系绳刚体单元质心的以3个主平面法线方向作为其方向的主轴坐标系o i -x i y i z i ，i为正整数；
所述带状绳系卫星释放动力学模型构建方法，其特征在于，包括：
S1、将空间带状系绳均匀离散为n个刚体单元C i (i＝1,2,...,n)，同时将刚体单元的质量标记为m i (i＝1,2,...,n)，在轨航天器M和末端载荷S分别记为刚体单元C 0和刚体单元C n+1；
S2、取任意刚体单元C i ，解除刚体单元C i 的所有铰约束，仅考虑铰对关联刚体作用的主动力，建立单个刚体单元的动力学方程：
刚体单元C i 相对于惯性坐标系O -XYZ质心的3个笛卡尔坐标为X i ,Y i ,Z i ,表示刚体单元C i 质心的位置，刚体单元C i 相对于惯性坐标系O -XYZ的3个卡尔丹角为αi ,βi ,γi ，表示刚体单元的姿态；
刚体单元C i 在惯性坐标系下的坐标表示为
r i ＝[X i Y i Z i ]T ，θi ＝[αi βi
γi ]T (1)基于牛顿第二定律，任意刚体单元C i 在惯性坐标系O -
XYZ下的质心运动方程表示为式中，m i 为刚体的质量矩阵，F i 为惯性参考系下作用于刚体单元C i 的全部外力的主矢；此外,任意无约束刚体单元C i 在惯性坐标系O -
XYZ下的姿态运动方程表示为:
式中，J i 为刚体单元C i 在惯性坐标系O -XYZ下的惯性矩阵，ωi 为刚体单元C i 在惯性坐标系O -XYZ下的角速度列阵，M i 为惯性坐标系O -XYZ下作用于刚体单元C i 的全部外力的主矩,分
别表示为
S3、简化单个刚体单元的动力学方程，将刚体单元C i 在惯性坐标系O -XYZ下的姿态运动方程投影到主轴坐标系中，
得到：
式中，ωi 为刚体单元C i 在主轴坐标系o i -x i y i z i 下的角速度列阵，表示ωi 的反对称坐标方阵，角速度矢量ωi
相对惯性系的导数
等同于相对主轴坐标系的导数
J i 为刚体单元C i 的主惯性矩阵，M i 为作用于刚体单元C i 的全部外力的主矩在主轴坐标系o i -x i y i z i 下的投影；
权 利 要 求 书1/5页2CN 110210047 A。