繩系衛(wèi)星狀態(tài)保持階段運(yùn)動(dòng)分析與控制.pdf

1、繩系衛(wèi)星是將兩個(gè)或多個(gè)人造衛(wèi)星、航天器通過柔性系繩連在一起飛行的組合體，在空間科學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值，受到了廣泛的關(guān)注?，F(xiàn)有對(duì)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的理論研究中，大多采用將衛(wèi)星簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，系繩簡(jiǎn)化為剛性桿的低自由度模型進(jìn)行分析。然而在很多系繩衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用中，衛(wèi)星的剛體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)是不可忽略的，此時(shí)在對(duì)系統(tǒng)建模時(shí)需要將衛(wèi)星考慮成剛體。本文針對(duì)繩系衛(wèi)星主星姿態(tài)的作用，系統(tǒng)研究了狀態(tài)保持階段繩系衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)及其控制問題。論文主要內(nèi)容如下：
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2、1）研究了圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)，并通過加入阻尼來(lái)消除系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)。將系繩的俯仰運(yùn)動(dòng)使用橢圓函數(shù)解析地表示出來(lái)，并視其為主星剛體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的擾動(dòng)，從而使原兩自由度系統(tǒng)變換成帶有擾動(dòng)的單自由度系統(tǒng)。利用Melnikov方法研究了主星剛體姿態(tài)的混沌運(yùn)動(dòng)，給出了含阻尼的繩系衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)區(qū)域。并通過對(duì)更接近真實(shí)系統(tǒng)的“珠鏈模型”進(jìn)行數(shù)值仿真，驗(yàn)證了采用的假設(shè)的正確性和理論分析的結(jié)果。
　　（2）研究了橢圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的周

3、期運(yùn)動(dòng)、混沌運(yùn)動(dòng)及其欠驅(qū)動(dòng)控制問題。通過攝動(dòng)法獲得了小軌道偏心率時(shí)的繩系衛(wèi)星周期解，分析了周期解的穩(wěn)定性，并采用線性速度反饋控制將不穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)鎮(zhèn)定到穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)上。同樣采用Melnikov方法研究了系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)，而后利用時(shí)延反饋控制方法成功將橢圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)到周期軌道上，并且通過對(duì)受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析得到了控制參數(shù)穩(wěn)定域和系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定域。
　　（3）研究了繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的內(nèi)共振問題，給出了發(fā)生非線性共振的條

4、件。采用多尺度方法獲得了1:1和3:1內(nèi)共振的解析解，分析了內(nèi)共振下的非線性模態(tài)運(yùn)動(dòng)及其穩(wěn)定性，通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了解析解及模態(tài)穩(wěn)定性。
　?。?）通過地面物理仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)理論和數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。基于天-地動(dòng)力學(xué)相似原理，提出了圓軌道和橢圓軌道下天-地動(dòng)力學(xué)等效方案，實(shí)現(xiàn)了這兩種等效情況下的繩系衛(wèi)星系統(tǒng)物理仿真，驗(yàn)證了圓軌道兩體繩系航天器的混沌運(yùn)動(dòng)，以及采用阻尼力矩對(duì)于消除該混沌運(yùn)動(dòng)的有效性。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了時(shí)延反饋控制方法