旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆姿態(tài)動(dòng)力學(xué)建模與控制.pdf

1、旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆航天器是一種不同于傳統(tǒng)類型的新型太陽(yáng)帆，它不需要?jiǎng)傮w結(jié)構(gòu)支撐帆面，在太空中借助太陽(yáng)帆自旋提供的離心力展開帆面并維持帆面平整，可以在發(fā)射前折疊包裝成較小的體積，在太陽(yáng)帆研究中具有十分重要的意義。旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆成功實(shí)現(xiàn)應(yīng)用需要解決其帆面在軌展開、在軌姿態(tài)控制及柔性帆面振動(dòng)抑制三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。本文將在現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆研究基礎(chǔ)上，針對(duì)以上三個(gè)方面展開研究。
　　對(duì)于旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆帆面展開問(wèn)題，本文采用兩步展開法展開旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆帆面，

2、主要研究了在展開過(guò)程中起到?jīng)Q定性作用的第一步展開的太陽(yáng)帆動(dòng)力學(xué)特性。從分析其物理模型出發(fā)，建立了太陽(yáng)帆帆面第一步展開的動(dòng)力學(xué)模型。此外，文中采用改進(jìn)的MK控制律，利用數(shù)值仿真成功驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆的第一步展開。
　　對(duì)于旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆的姿態(tài)角控制問(wèn)題，本文采用了變反射率及傳統(tǒng)的反作用噴氣兩種控制策略。由于上述兩種控制策略的控制力矩作用在太陽(yáng)帆航天器上的位置不同，文中分別建立了其對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)帆姿態(tài)角控制動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)一步采用粒子群優(yōu)化

3、控制和線性二次型最優(yōu)控制仿真實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)帆對(duì)最優(yōu)目標(biāo)姿態(tài)角的漸近跟蹤。
　　對(duì)于旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆帆面振動(dòng)問(wèn)題，本文從薄膜帆面振動(dòng)機(jī)理出發(fā)，建立了旋轉(zhuǎn)式太陽(yáng)帆帆面振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。然后針對(duì)該模型中狀態(tài)量完全可測(cè)的情況下，設(shè)計(jì)了線性二次型最優(yōu)控制器抑制太陽(yáng)帆帆面振動(dòng);在考慮太陽(yáng)帆航天器執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出飽和的情況下，設(shè)計(jì)了輸入受限抗飽和控制器抑制太陽(yáng)帆帆面振動(dòng);在考慮太陽(yáng)帆帆面振動(dòng)模型只有部分狀態(tài)可測(cè)的情況下，設(shè)計(jì)了輸出反饋控制器抑制帆面振動(dòng)。針對(duì)