《分散式衛星-薄膜新型空間結構的在軌指向協同控制研究》是依託大連理工大學,由彭海軍擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：分散式衛星-薄膜新型空間結構的在軌指向協同控制研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭海軍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
分散式衛星-薄膜空間結構是指在太空中的分散式衛星通過與薄膜結構連線而構成的新型空間結構，具有展開面積大、超輕柔性以及自主機動能力等特點，並且是未來大型空間太陽能電站和大孔徑空間望遠鏡等的重要組成部分。本項目針對分散式衛星-薄膜空間結構的在軌指向任務需求，進行分散式協同控制研究。主要研究內容包括：首先，建立分散式衛星-薄膜空間結構的在軌動力學模型，並在地球中心引力場和空間環境干擾下，對其在軌複雜動力學行為進行分析與預測；然後，考慮在軌指向調整過程中，以薄膜結構變形與振動幅值極小化為目標，進行分散式衛星的非線性最優路徑規劃和保辛求解方法研究；其次，在標稱路徑基礎上考慮模型的非線性和空間環境干擾的不確定性，進行非線性模型預測控制律設計和快速保辛求解方法研究；最後，考慮在軌穩定指向保持中，以薄膜結構與預定設計形狀偏差最小為目標，進行薄膜結構形狀保持的分散式協同控制系統設計與簡化方法研究。
結題摘要
分散式衛星-薄膜空間結構在未來大型空間太陽能電站、大孔徑空間望遠鏡等大型或巨型太空飛行器結構中占有重要作用。對於在軌展開後的分散式衛星-薄膜空間結構來說，自身整體姿態機動和空間環境干擾是眾多影響太空飛行器姿態指向精度中的兩個主要因素。為了保證分散式衛星-薄膜空間結構具有較高的穩定指向能力，本項目主要對分散式衛星-薄膜結構進行動力學分析以及主動控制研究。 本項目主要在四方面開展研究工作：（1）分散式衛星-薄膜空間結構的複雜動力學行為分析與預測。提出了適用於對稱性結構分析的一種新的群論方法，完成了分散式衛星-薄膜空間結構的動力學建模工作，並採用參變數變分方法對分散式衛星-薄膜空間結構的複雜動力學行為進行分析與預測。（2）考慮薄膜結構變形與振動的分散式衛星非線性最優路徑規劃。提出了考慮狀態-控制受限的非均勻格線保辛最優控制算法，完成了含有薄膜結構變形與振動幅值極小化為目標的分散式衛星非線性最優路徑規劃工作，並對參數不確定性的分散式衛星軌跡規划進行安全性評估。（3）分散式衛星-薄膜空間結構在軌機動的非線性模型預測控制律設計。提出了基於滾動時域控制的非線性模型預測制導辛方法，完成了分散式衛星-薄膜空間結構在軌機動的非線性模型預測控制律設計，並提出動態約束最優控制問題的保辛偽譜算法。（4）薄膜空間結構在軌指向形狀保持的分散式協同控制系統設計。提出了考慮控制輸入時滯和受限的大規模分散式衛星薄膜結構的快速模型預測控制方法，完成薄膜空間結構在軌指向形狀保持的分散式協同控制系統設計工作。 本項目的研究成果為我國未來大型空間太陽能電站和大孔徑空間望遠鏡等大型太空飛行器的在軌指向控制提供重要的參考依據。
