带可控臂绳系卫星释放及姿态控制

考虑带可控机械臂绳系卫星的面内运动,研究其释放阶段的子星位置和姿态控制问题.系绳释放时,通过调整机械臂转角实现子星姿态的无动量轮控制.控制律设计分为两步:首先,基于非线性最优控制理论,研究在状态和控制约束下的子星位置及其姿态控制,通过二阶Legendre伪谱法求解开环最优控制律;其次,以开环解为参考,基于轨迹跟踪思想设计反馈控制器,其中反馈控制增益由开环最优控制算法及数值插值确定.最后通过算例研究验证了该方法的有效性.

失重环境下可控柔性臂的模态特性

在非重力场中,考虑控制器动态反馈的影响,对存在控制器定位约束的柔性臂系统进行动力分析,研究其在相对平衡位置的模态特性.以具有柔性关节和弹性臂杆的可控柔性臂为研究对象,分析了控制器作用下的反馈约束特性,将控制器位置和速度增益引入力边界条件,得到了耦合控制器参量的模态特征方程,证明了反馈约束的存在使得系统特征频率为复频率,且模态主振型是复变函数.通过数值仿真,明确了可控柔性臂的模态特性与控制器增益之间的关系,得到了不同于经典振动理论的结论.设计了可控柔性臂的仿失重实验平台,试验模态结果证明了理论分析的有效性.

带刚性臂的空间绳系机构偏置控制

通过系绳与机构间串联的可控刚性臂作为偏置控制器,对由轨道偏心率引起的系统面内运动发散动力学问题进行分析,研究了空间绳系机构系统的位置与姿态最优控制问题.利用Gauss伪谱法,将绳系机构位置与姿态最优控制离散为大规模动态规划问题,借助非线性规划方法求解,并引入状态反馈补偿来抑制系统的初始扰动.数值结果表明,偏置机构的引入提高了系统面内运动发散的轨道偏心率,机构的位置与姿态控制可相互解耦,以系绳张力、刚性臂转动加速度和绳系机构上的动量轮作为控制输入,降低了动量轮的控制力矩,状态反馈跟踪补偿控制器有效消除了系统的扰动影响.