衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)非線性建模與分力合成振動(dòng)抑制.pdf

1、近些年來,空間科學(xué)的發(fā)展越來越迅速,諸如太陽(yáng)能電池陣、柔性機(jī)械臂等一類撓性附件的應(yīng)用也逐漸廣泛開來。撓性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,破壞了航天器的剛度,使得原來基于純剛體得到的動(dòng)力學(xué)模型不再適用,而與撓性伴隨而來的,是衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)方程的非線性問題。除此之外,由于撓性附件在空間中極易受到干擾而發(fā)生振動(dòng),并且不能在短時(shí)間內(nèi)衰減,這給航天器的姿態(tài)精度控制帶來了很大的困難,而與之相對(duì)立的卻是人們對(duì)航天任務(wù)的精度要求越來越高。因此,撓性衛(wèi)星的非線性建模和振動(dòng)抑制

2、問題就變得十分重要。
　　本文針對(duì)以上兩個(gè)問題,從以下三個(gè)方面展開研究:
　　首先,對(duì)撓性衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,具體過程為:利用有限元的方法將柔性體的彈性位移表征為節(jié)點(diǎn)位移列陣的形式;運(yùn)用矢量力學(xué)的基本方程表征中心剛體的運(yùn)動(dòng);利用拉格朗日法建立系統(tǒng)的姿態(tài)機(jī)動(dòng)方程和振動(dòng)方程。由于用有限元法得到的方程階數(shù)很高,不利于后面的仿真分析,所以還要進(jìn)行降維處理。
　　然后,闡述分力合成主動(dòng)振動(dòng)抑制法的幾個(gè)基本定理,并對(duì)同時(shí)抑

3、制多階模態(tài)和方法的魯棒性進(jìn)行簡(jiǎn)介。
　　最后,將分力合成法應(yīng)用于撓性衛(wèi)星的大角度姿態(tài)機(jī)動(dòng)中。首先將模型簡(jiǎn)化為線性系統(tǒng),驗(yàn)證分力合成法的有效性;假設(shè)到分力合成控制器對(duì)振動(dòng)的抑制作用,不妨將振動(dòng)量視作小量,忽略高階小量之后,姿態(tài)機(jī)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為線性的,基于以上考慮,可以將線性系統(tǒng)下解得的分力合成控制器作用在非線性系統(tǒng)中,觀察分力合成主動(dòng)振動(dòng)抑制法對(duì)非線性系統(tǒng)的作用結(jié)果。最后,用分力合成法的魯棒性來消除由于非線性系統(tǒng)的頻率誤差而造成的殘余