磁铰链约束下的微纳聚合体卫星柔顺变构控制

为使磁铰链约束下的微纳聚合体卫星克服磁铰链阻力矩的阻碍作用成功实现变构,并防止变构过程中磁铰链的脱附,减小模块再拼接时的碰撞冲击,设计了一种用于微纳聚合体卫星的柔顺变构控制方法.首先利用第2类拉格朗日方程建立了磁铰链约束下的多刚体系统的动力学模型,设计了微纳聚合体卫星变构的模糊控制律;然后根据柔顺控制的要求设计了一种量化因子K e与K c的模糊调节器,引入到原模糊控制器中以改进控制方法.此控制方法具有不依赖系统动力学模型、仅需对参与变构的模块施加控制的优点.为量化评估变构过程的柔顺程度,设计了两个柔顺程度评估参数;最后通过仿真与气浮台物理试验对控制方法进行了验证,对比了固定量化因子与量化因子在线调节两种控制方法下变构过程的柔顺程度.数学仿真与气浮台的物理试验结果表明,改进后的模糊控制相比于固定量化因子的模糊控制,可使变构过程中模块相对运动角速度变化更加平缓,模块再拼接时相对角速度更小,达到了柔顺变构的目标.

微纳聚合体卫星的对称式重构规划算法

为解决微纳聚合体卫星变构过程中,聚合体各部分之间的动力学耦合导致的卫星整体姿态翻转或紊乱,提出了一种对称式变构规划算法。首先建立了铰链约束下的漂浮基多刚体系统动力学模型,研究了重构过程中各运动模块对本体姿态的影响,提出当每两个运动模块位置与转动方向满足对称性条件时,两者对本体姿态的影响可在一定程度上相互抵消。基于上述理论,在A*算法中引入最优分配度量和对称性判定,设计了并行对称重构规划算法。仿真结果表明,该规划算法可实现重构过程中多模块并行、对称运动,重构过程总步数较少,运动模块对本体姿态的影响小。