太陽帆航天器動力學與控制問題研究.pdf

1、本文以國家自然科學基金《輕質(zhì)大面積超柔性太陽帆航天器動力學建模與控制問題研究》為背景，研究了太陽帆航天器動力學與控制問題。包括太陽帆航天器支撐管充氣展開動力學與軸向約束、太陽帆航天器姿態(tài)動力學與控制等問題的研究。較深入的研究了后者，其中推導并求解太陽帆航天器姿態(tài)動力學方程是本文的研究重點。
　　首先，使用有限元軟件MSC.PATRAN分別建立了Z-型8折管整體與分段充氣有限元模型，針對上述兩種模型分別建立了有中心剛體與無中心剛體約

2、束兩種情況的有限元模型；針對分段充氣太陽帆支撐管，又通過修改充氣裝置的位置分別建立自由端與固支端充氣模型。應用非線性動力學顯式求解軟件LS-DYNA進行充氣展開計算，對所得結(jié)果進行分析并選出最適合工程應用的充氣展開模型。
　　其次，對太陽帆結(jié)構(gòu)進行合理假設(shè)，應用矢量力學基本原理，推導了帶有復雜控制機構(gòu)的太陽帆姿態(tài)動力學方程與振動方程；對上述動力學方程進行化簡，分別針對基于控制葉片、控制桿的太陽帆航天器，結(jié)合非約束模態(tài)的基本概念和求

3、解方法，給出了太陽帆俯仰軸姿態(tài)動力學方程和相關(guān)振動方程詳細求解步驟。對太陽帆姿態(tài)控制問題進行適當簡化后，分別結(jié)合超級地球同步轉(zhuǎn)移軌道偏航軸對地定向任務(wù)，參考Bang-Bang控制策略設(shè)計了太陽帆俯仰軸PD控制器。Matlab仿真結(jié)果表明，使用上述兩種控制機構(gòu)和PD控制器可以較為精確、較快的實現(xiàn)太陽帆偏航軸對地定向任務(wù)。
　　最后，給出全文總結(jié)，概括本文所取得的研究成果和創(chuàng)新點，重點分析了太陽帆航天器在動力學與控制方面有待深入開展的