空间超大型组合体动力学与分布式控制研究

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随着航天事业的快速发展,航天任务的复杂化与高品质需求对航天器提出了更高的要求,尺寸在百米至千米量级的空间超大型组合体航天器越来越多地被用在高精度遥感、通信和观测、空间太阳能收集以及低成本航行上。这类航天器尺寸大、柔性突出,表现出更加复杂的动力学特性,传统的控制方法不再适用。本文以某空间超大型组合体——空间太阳能电站为研究对象,对其动力学建模、模型降阶、分布式控制问题展开研究。首先,通过动态子结构建模方法建立空间太阳能电站的动力学模型,并与整体建模方法进行仿真对比,以验证动态子结构建模方法的可行性和有效性。同时给出空间超大型组合体的单体动力学模型,为后续降阶工作提供模型基础。其次,对空间超大型组合体动力学模型进行模型降阶研究。由于空间太阳能电站具有低频且模态密集的特点,采用内平衡降阶方法进行降阶,得到的低阶模型将为后续控制设计提供合适的动力学模型基础。最后,对空间超大型组合体的控制问题展开研究,采用分布式直接自适应控制方法,将执行机构和敏感器分布式地安装在空间太阳能电站各个子结构和中心体上,以同时实现系统的振动抑制和姿态控制。并进行数值仿真,验证了控制律的有效性。
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