● 摘要
航天器特别是卫星作为研究空间环境的重要平台,是广大研究者们探索的核心。随着当代科学技术的不断发展,对卫星轨道机动的快速性要求越来越高,并且越来越多的卫星都采用了大型的挠性附件,因此对卫星轨道的快速机动问题以及挠性卫星的建模和姿态控制问题渐渐地成为了研究的重点。本课题来源于航天五院项目:“目标捕获跟踪
系统仿真平台开发与系统集成”,研究航天器轨道机动的快速性以及卫星姿态控制方法,着重研究带有柔性太阳帆板挠性卫星的建模以及姿态控制方法,同时,通过建立实时仿真平台对以上控制加以仿真和验证。文章深入研究的内容主要包括以下方面:
一.通过高斯伪谱法配合MATLAB 的SNOPT 软件包求解卫星的轨道快速机动问题,实现卫星轨道的快速机动性控制。对于轨道大范围快速机动,基于的是在地球坐标系下,根据两体问题的原理并且考虑J2型摄动建立的卫星轨道控制数学模型;对于轨道小范围快速机动,通过引入虚拟卫星的概念,将卫星轨道控制问题转化为与虚拟卫星实现软交会过程的问题。
二.对挠性卫星,根据正常姿控模式下系统的构型特点,将其抽象为中心刚体带有给定数目可转动柔性部件的多体系统,最后利用Kane 方程建立了系统的广义动力学方程。
三.设计了一种新型的基于直线簇理论的自抗扰变结构控制器,实现了对挠性卫星的姿态控制。通过ADRC 方法和LCAMC 方法的结合,给出了对控制对象一个完整的控制方案,并在常见的时不变二阶系统下进行仿真验证了该方法的优越性。在挠性卫星模型的基础上应用新型控制器实现对其三轴的姿态控制,通过仿真证明了该控制方法良好的适用性。
四.通过Windows+ RTX 完成各个子系统节点的仿真平台的搭建,通过RTX 下时钟同步算法实现各个子系统节点之间的同步和数据传输实时性问题。
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