繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)及控制.pdf

1、空間繩系技術(shù)是一種全新的航天技術(shù)，是當(dāng)代空間技術(shù)的一個(gè)新的領(lǐng)域。自上世紀(jì)七十年代中期以來(lái)，繩系理論經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，顯示出其具有巨大的應(yīng)用前景。空間繩系技術(shù)已成為美、歐等國(guó)航天研究的熱點(diǎn)之一。本文正是在這樣的背景下，展開(kāi)空間繩系的控制與應(yīng)用研究。
　　繩系系統(tǒng)是一個(gè)比較特殊的系統(tǒng)：由一根軟系繩連接母星和子星組成的一個(gè)系統(tǒng)，它具有很強(qiáng)的非線性。繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)是繩系系統(tǒng)的一個(gè)特例：繩網(wǎng)捕獲終端就是子星。本文的目的就是控制這個(gè)具有很強(qiáng)的非

2、線性的系統(tǒng)，使其能釋放捕獲終端到目標(biāo)位置，并可以穩(wěn)定地回收捕獲終端。
　　首先分析了繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)的固有特性并建立了系統(tǒng)模型。主要討論了重力梯度特性、角動(dòng)量守恒和子星的非開(kāi)普勒軌道特性，接著利用牛頓第二定律建立了帶有抑制振蕩的S段系統(tǒng)模型。
　　然后基于此模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析并作出相應(yīng)的仿真，提出了捕獲方案。通過(guò)穩(wěn)定性分析得出：繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)在釋放運(yùn)動(dòng)時(shí)是穩(wěn)定收斂的，回收運(yùn)動(dòng)時(shí)是振蕩發(fā)散不穩(wěn)定的。相應(yīng)的仿真結(jié)果驗(yàn)證了穩(wěn)定性分

3、析的正確性。關(guān)于向上釋放和向下釋放捕獲終端，本文也做出了相應(yīng)的力學(xué)分析，說(shuō)明了向上釋放和向下釋放都是合理的。
　　最后基于狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置方法和模型參考跟蹤理論研究了繩網(wǎng)終端的控制問(wèn)題。根據(jù)繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和耦合特性將回收段分為兩部分，分別采用張力力控制和S抑制振蕩段控制。在系繩回收過(guò)程中，當(dāng)系繩長(zhǎng)度較大時(shí)，系繩長(zhǎng)度及其變化率和面內(nèi)角面外角的耦合程度比較弱，本文在此階段利用模型參考跟蹤的理論設(shè)計(jì)系繩張力控制律；當(dāng)系繩長(zhǎng)度較