《地球同步軌道分散式繩系太陽能電站系統動力學與控制》是依託大連理工大學,由蔡志勤擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：地球同步軌道分散式繩系太陽能電站系統動力學與控制
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡志勤
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空間太陽能電站可能引發一場新的技術和產業革命，作為未來重要的能源方式有著廣闊的套用前景。研究地球同步軌道分散式繩系太陽能電站系統的動力學與控制，在國內外都是新課題。本項目擬基於柔性繫繩模型及柔性複合材料夾層板模型，建立描述衛星平台軌道與姿態運動、繩系子板相對衛星平台的姿態運動以及繩系子板振動與繫繩振動的剛柔耦合動力學模型；採用保結構幾何數值積分方法，通過無控制力作用下系統動力學的數值仿真，研究影響系統穩定性的各種關鍵因素，深入了解整個系統運動的特點；結合衛星平台軌道與姿態控制、繩系子板姿態與振動以及繫繩振動的控制方法，探索高效、精密、實時、易行的非線性系統控制方法，實現對軌道運動，構型保持、重構以及繫繩振動的集成控制。為促進我國能源領域和航天領域的可持續發展提供理論與技術儲備，促進動力學與控制的基礎理論與套用研究。
結題摘要
太陽能是一種重要的清潔能源，對未來整個人類的可持續發展有著重要的意義。作為太陽能採集的一種重要手段，空間太陽能電站有著廣闊的套用前景。目前國內外對於空間太陽能電站動力學與控制的研究依然較少，與地球同步軌道繩系太陽能電站系統相關的研究就更少了。本項目取得了如下幾項主要研究成果：1、針對地球同步軌道繩系太陽能電站在軌運行的動力學問題，建立考慮了繫繩的柔性、太陽能電池子板的姿態運動以及編隊系統構型與軌道運動耦合等特性的複雜繩系編隊系統的動力學模型。並對系統在無擾動及存在初始太陽能子板姿態誤差情況進行動力學仿真，分析了存在姿態誤差時系統的穩定性，並提出一種利用繫繩收放調節子板姿態的方法。2、針對平動點附近旋轉繩系衛星編隊系統，建立了基於Hill限制性三體問題的假設並且耦合姿態和軌道運動的數學模型。利用數值方法研究了旋轉三角形繩系衛星編隊系統在編隊保持與構型重構過程中，不同的旋轉速率、繫繩收放速率，以及繫繩長度對系統動態穩定性的影響。並對自旋輪輻狀編隊系統提出了一種軌道跟蹤控制方法。3、以撓性空間結構為控制對象，提出一種新的、基於LQ（Linear Quadratic）最優線性控制和分散控制的控制力求解形式並在數值仿真中體現良好的效果。4、基於層合板理論，建立四節點十四自由度的壓電層合板單元有限元模型，進一步得到含壓電片板結構有限元模型，進行對太陽能子板的模態分析。根據模態分析結果設計壓電片配置方案，並採用模糊自適應 PID控制方法進行振動控制仿真並取得很好的控制效果。5、針對含約束的動力學系統，在哈密頓體系下，提出一種新的辛方法來離散DAEs方程，該方法使DAEs方程中的代數方程在每個時間步上精確滿足，避免了約束違約問題，達到了保結構以及長時間數值穩定的效果。通過可展開桁架和繩系衛星的繫繩釋放的簡化算例，表明該數值方法的有效性，可利用該方法進一步研究空間可展開結構的動力學行為。 6、通過利用ANSYS與FEMAP，分析了空間繩系太陽能電站系統的熱變形與熱致振動對太陽能電池板的影響。
