航天器低沖擊分離控制技術研究.pdf

1、分離裝置作為航天器中的關鍵部件,直接影響到航天任務能否順利完成,受到越來越多的關注。傳統(tǒng)火工分離裝置分離載荷大,對航天器有著潛在的影響。針對這一問題,需要研制一種新型分離裝置,其具有分離載荷小、承載大、需要能量少以及分離速度可控等優(yōu)點。本文將以機動平臺為研究對象,設計一款新型氣壓式分離解鎖裝置,并研究分離過程的控制問題。
　　首先利用力學知識建立衛(wèi)星平臺和小衛(wèi)星相對非慣性坐標系的軌道動力學方程,利用拉格朗日方程,建立帶有撓性部件的

2、衛(wèi)星平臺姿態(tài)動力學方程,推導出衛(wèi)星平臺運動學方程,為后續(xù)控制器設計奠定基礎。
　　根據(jù)技術要求設計新型氣壓式分離解鎖裝置,推導出新型分離裝置的數(shù)學模型并設計分離速度控制器,在此基礎之上研究分離裝置的設計參數(shù)對分離過程的影響,分析分離機構產(chǎn)生的沖擊載荷對衛(wèi)星平臺軌道運動的影響以及分離機構偏離中心引起的沖擊力矩和太陽帆板柔性對衛(wèi)星平臺姿態(tài)運動的影響。
　　利用Lyapunov穩(wěn)定性定理分別設計了PD控制器和滑模變結構控制器,當機

3、動平臺受到?jīng)_擊載荷時,對比兩種控制器的姿態(tài)穩(wěn)定度和控制精度。針對太陽帆板撓性振動與平臺之間的耦合影響,設計應變速率反饋補償器,通過增加帆板的振動阻尼有效抑制振動,提高衛(wèi)星控制精度。
　　最后利用計算機仿真軟件對分離控制系統(tǒng)進行仿真驗證,同時建立火工分離裝置的數(shù)學模型,通過對比仿真結果,證明相對于火工分離裝置,在滿足分離任務的同時,本文所設計的分離裝置產(chǎn)生的沖擊載荷更小,衛(wèi)星姿態(tài)控制器能夠滿足要求,星體可以保持較高的控制精度和姿態(tài)穩(wěn)