繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)的動力學及控制.pdf

1、空間繩系技術是一種全新的航天技術，是當代空間技術的一個新的領域。自上世紀七十年代中期以來，繩系理論經(jīng)過幾十年的發(fā)展，顯示出其具有巨大的應用前景?？臻g繩系技術已成為美、歐等國航天研究的熱點之一。本文正是在這樣的背景下，展開空間繩系的控制與應用研究。
　　繩系系統(tǒng)是一個比較特殊的系統(tǒng)：由一根軟系繩連接母星和子星組成的一個系統(tǒng)，它具有很強的非線性。繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)是繩系系統(tǒng)的一個特例：繩網(wǎng)捕獲終端就是子星。本文的目的就是控制這個具有很強的非

2、線性的系統(tǒng)，使其能釋放捕獲終端到目標位置，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、角動量守恒和子星的非開普勒軌道特性，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。
　　然后基于此模型對系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析并作出相應的仿真，提出了捕獲方案。通過穩(wěn)定性分析得出：繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)在釋放運動時是穩(wěn)定收斂的，回收運動時是振蕩發(fā)散不穩(wěn)定的。相應的仿真結果驗證了穩(wěn)定性分

3、析的正確性。關于向上釋放和向下釋放捕獲終端，本文也做出了相應的力學分析，說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)終端的控制問題。根據(jù)繩網(wǎng)捕獲系統(tǒng)的動力學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。在系繩回收過程中，當系繩長度較大時，系繩長度及其變化率和面內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計系繩張力控制律；當系繩長度較