空間繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的動力學(xué)與張力控制.pdf

1、空間繩系衛(wèi)星系統(tǒng)近年來在地球及空間科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛重視，在地球軌道轉(zhuǎn)換、人造重力、近地觀測及太空探索領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。繩系的釋放與回收控制作為繩系衛(wèi)星系統(tǒng)控制的難點問題，研究其動力學(xué)及張力控制具有重要意義。
　　空間繩系衛(wèi)星系統(tǒng)動力學(xué)具有強非線性、弱耦合和欠輸入驅(qū)動的特點，加之可獲得的反饋信息有限，環(huán)境因素不確定及控制可靠性高的控制要求，研究其動力學(xué)及張力控制具有重要的理論意義和工程應(yīng)用前景。本文將針對繩系衛(wèi)星的動力學(xué)及張力

2、控制進行研究，分別以“啞鈴”模型和“鏈珠”模型研究非線性退步控制及分?jǐn)?shù)階控制方法，具體研究工作可以概括如下：
　　首先，基于第二類拉格朗日方程建立起“啞鈴”模型繩系衛(wèi)星動力學(xué)方程，給出了無量綱形式的三維動力學(xué)模型，并基于平衡點附近的線性化方程回顧了經(jīng)典線性狀態(tài)反饋張力控制的控制特性，即通過引入繩長及其導(dǎo)數(shù)的線性狀態(tài)反饋實現(xiàn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的穩(wěn)定釋放和回收。
　　其次，通過對“啞鈴”模型繩系衛(wèi)星動力學(xué)的分析，將其轉(zhuǎn)換為帶有對稱性的

3、欠驅(qū)動拉格朗日系統(tǒng)，通過采用合適的微分同胚變換將其轉(zhuǎn)化為嚴(yán)格反饋形式，從而通過 backstepping控制器設(shè)計系統(tǒng)的張力控制，并考慮到實際工程的可實現(xiàn)性，計算出了控制反饋方程，并且通過數(shù)值仿真觀察了效果。
　　然后，充分利用分?jǐn)?shù)階微積分的歷史記憶效果，同時考慮到經(jīng)典張力控制無法同時兼顧快速性和無超調(diào)性的缺點，文中研究了分?jǐn)?shù)階張力控制，并給出了適用于工程實際的離散化控制器形式，仿真結(jié)果表明分?jǐn)?shù)階張力控制能夠獲得比整數(shù)階更加快的釋