【摘 要】
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随着人类对广袤太空探索的脚步不断迈进,涌现出越来越多的新型航天器概念。其中,由系绳为主结构的航天器能够完成许多传统航天器难以经济有效地实现的任务,日益受到国内外学者以及专家的关注。但是由于空间绳系系统结构的特殊性,其动力学与控制问题也是充满了挑战。其中绳系系统起旋、自旋稳定以及姿态调整等问题是目前研究的热点。本文基于非奇异建模方法,研究空间绳系系统动力学与控制问题,主要研究内容及学术贡献如下:1.
【基金项目】
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国家自然科学基金项目11772150,“复杂限制条件下电动力绳系离轨系统动力学分析及控制”； 国家自然科学基金项目11902145,“复杂耦合环境下电动力绳离轨系统动力学模糊建模与数字控制研究”；
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随着人类对广袤太空探索的脚步不断迈进,涌现出越来越多的新型航天器概念。其中,由系绳为主结构的航天器能够完成许多传统航天器难以经济有效地实现的任务,日益受到国内外学者以及专家的关注。但是由于空间绳系系统结构的特殊性,其动力学与控制问题也是充满了挑战。其中绳系系统起旋、自旋稳定以及姿态调整等问题是目前研究的热点。本文基于非奇异建模方法,研究空间绳系系统动力学与控制问题,主要研究内容及学术贡献如下:1.使用非奇异建模方法建立哑铃状绳系系统姿态动力学模型,即以沿系绳的单位方向矢量为描述参数,基于欧拉方程建立姿态动力学方程。进一步推导了非奇异建模方法下系绳张力的解析表达式。针对某些情况下会出现约束违约的问题,给出了利用Baumgarte违约修正法添加约束的解决方法。2.分析了利用控制喷气力保持绳系航天器自旋稳定的可行性。通过求解开环最优控制问题,研究了电动力绳系系统起旋以及维持自旋稳定的两种情形。结果表明,在满足非线性系统约束以及控制约束的前提下,利用最优控制方法所得到的电流控制曲线能够很好地达到目标状态。3.针对哑铃状电动帆姿态控制问题,提出一种非线性模型预测控制律,通过调节系绳电压实现姿态调整与维持。以计算所得的大量状态-控制对为数据集,通过深度学习方法对非线性模型预测控制律进行学习,实现了由系统状态对控制量的实时预测。
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