平流层卫星轨道控制系统研究

近年来,各国都在开展研究各类平流层飞行器。平流层卫星是一种新型低成本、低能耗平流层飞行器,采用气动帆实现轨迹控制,在距离地面35Km高度沿东西方向环绕地球运动。首先分析了平流层卫星运行的风场环境,给出了平流层卫星的组成以及轨迹控制原理,建立了球体运动学模型和气动帆运动学模型,并进行了不同风场条件下的仿真计算。仿真结果表明:采用气动帆作为轨迹控制系统能够在风场突变干扰下实现平流层卫星南北方向的稳定控制,确保其沿东西方向轨道运动。

平流层卫星的建模与控制系统设计

为减小控制力在传递过程中的偏差与时滞对轨迹控制精度的影响,对平流层卫星控制系统进行设计.针对系统构成建立了轨迹控制器和气球系统的经向运行模型,基于滑模变结构控制方法,根据气球南北方向的实际指令位置和指令位置的偏差,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,设计出轨迹控制器的控制系统.仿真结果表明,采用该方法的轨迹控制器,可以有效克服系绳带来扰动和时滞的影响,完成平流层卫星的东西方向运动控制,控制误差约80 m.

平流层卫星系绳的建模与仿真

研究平流层卫星系绳轨迹建模分析可靠性问题,根据平流层卫星所用系绳的特性,要求高强度和足够的侧向控制力。为此提出了"质量集中-轻质钢杆"模型,并给出模型的求解过程。模型考虑了系绳自身质量及所受气动力,通过迭代计算,可求出系绳形状及系绳张力的变化。在给定轨迹控制器的高度及平衡轨迹控制器所需的拉力大小和方向后,计算出系绳传递到气球的拉力大小及方向,绘制出了系绳的形状。仿真结果表明,"质量集中-轻质钢杆"模型能够符合系绳在风场和自身重力作用下的传递的拉力和自身动态特性,为平流层卫星系绳系统优化设计提供了参考。

平流层卫星轨道控制建模与仿真研究

平流层卫星由超压气球提供静浮力,气动帆提供轨道控制力,系绳传递各力。能够在一定纬度范围内沿东西方向缓慢运动,因此平流层卫星是一种良好的通信与对地观测平台。首先分析平流层风场特性,给出平流层卫星的组成与工作原理,采用"质量-集中弹性绳"模型,把气球和气动帆分别看作系绳节点,根据各部分动力学特性分别建模;采用Matlab软件平台进行动态仿真,利用不同海拔之间的风速差,产生侧向控制力进行南北方向轨道控制的方法。仿真结果证实气动帆轨道控制系统能够实现平流层卫星南北方向的稳定控制与机动调整。

平流层卫星建模与基于分级模型的轨道控制

为实现平流层卫星在平流层大气环流作用下环某一纬度飞行,需对平流层卫星经度方向轨迹进行控制.根据Lagrange方程建立了其六自由度的动力学模型,在基于模型的直接输入输出反馈线性化无法实现的情况下,按"舵控制帆、帆控制绳和绳控制球"的工作原理将系统分为3个级联子系统,并对3个子系统分别设计控制器来实现"舵控制球"的轨迹控制.仿真结果表明所设计的控制器性能良好.