《大型柔性太空飛行器在軌自主組裝動力學與控制研究》是依託南京航空航天大學，由文浩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大型柔性太空飛行器在軌自主組裝動力學與控制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：文浩
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從剛-柔耦合動力學建模、防碰撞路徑規劃、運動及振動控制和地面實驗仿真的角度，開展大型柔性太空飛行器在軌自主組裝的動力學與控制研究。主要內容包括：考慮輸入飽和約束、防碰撞以及參數最佳化等需求，開展基於人工勢函式的路徑規劃研究；針對時間、燃料等任務最佳化需求，實現狀態、控制及防碰撞約束下的最優路徑規劃；計入參數改變、外擾力以及任務約束影響，設計自主組裝運動和振動控制律；針對多機器人組裝任務，開展協作組裝控制研究；地面模擬實驗系統設計及軟硬體技術研究；自主組裝動力學及控制的地面實驗驗證。通過本項目的研究，旨在發展在軌自主組裝的高精度數值和地面實驗驗證技術，揭示由自主組裝控制和剛柔耦合效應導致的複雜動力學行為，獲取協調、高效的防碰撞路徑規划算法，實現自主組裝運動及柔性振動的可靠控制，為我國大型空間結構系統的發展提供關鍵理論和技術支撐。
結題摘要
大型柔性太空飛行器在軌自主組裝是一項具有獨特優勢和巨大潛力的前沿空間技術。本項目綜合採用理論分析、數值計算和地面模擬實驗方法，開展了大型柔性太空飛行器在軌自主組裝動力學與控制研究。已按計畫開展項目研究，主要成果如下：建立了在軌自主組裝系統的剛柔耦合動力學模型，發展了空間桁架、充氣管、螺栓連線結構的建模分析方法；考慮柔性部件運送任務，設計了基於無源控制原理的太空飛行器避障機動控制律；針對多柔性太空飛行器在軌組裝及避撞控制問題，提出了避撞輸出一致組裝控制律以及基於人工勢函式的組裝控制律；發展了單柔性太空飛行器的近時間最優控制和多目標最佳化控制方法，設計了多柔性太空飛行器的分散式有限時間控制器和分散式自適應跟蹤控制器；針對雙太空飛行器運送柔性件問題，基於能量整形和阻尼注入思想設計了控制器；提出了基於高階擾動觀測器的柔性臂邊界控制律和基於變速控制力矩陀螺的非奇異模型預測控制律；建立了柔性太空飛行器在軌自主組裝地面模擬實驗系統，對多柔性太空飛行器避撞及輸出一致控制律和基於人工勢場的組裝控制律進行了地面模擬實驗驗證。本課題研究結果為大型柔性太空飛行器在軌自主組裝動力學建模/分析、振動/運動控制提供了新的理論和技術。
