橢圓軌道太陽能發電衛星對日指向分散式控制

《橢圓軌道太陽能發電衛星對日指向分散式控制》是依託大連理工大學,由鄔樹楠擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：橢圓軌道太陽能發電衛星對日指向分散式控制
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄔樹楠

項目摘要

太陽能發電衛星作為一種潛在的可再生能源系統得到了廣泛的關注。目前的研究主要集中於地球靜止軌道上的太陽能發電衛星，且其超大尺寸與質量、超長工作時間又帶來了新的控制問題。本項目以運行在橢圓軌道的太陽能發電衛星為對象，研究對日指向的分散式控制方法。首先，將衛星當作大型柔性體，建立橢圓軌道太陽能發電衛星對日指向動力學模型。然後，分析模型中軌道要素與指向運動的耦合以及參數時變特性對指向角的影響，研究對日指向動力學模型時變參數的在軌辨識方法。基於辨識結果開展對日指向的分散式自適應控制方法研究以補償攝動、時變以及不確定性導致的指向偏差；進一步結合自適應控制方法與擾動調節控制方法設計分散式魯棒自適應控制器，以抑制結構振動的影響、提高指向精度與穩定度。最後，構建分散式控制數值仿真系統並驗證上述模型與方法。本項目提出的太陽能發電衛星對日指向控制方法將為大型空間結構主動控制提供新的思路。

結題摘要

太陽能發電衛星作為一種潛在的可再生能源系統得到了國內外學者和機構的廣泛關注。本項目針對現有結果的不足，開展了對日指向的分散式控制方法研究。首先，將太陽能發電衛星當作大型柔性體，基於拉格朗日方程建立了對日指向的動力學狀態空間模型；分析了攝動對太陽能發電衛星在軌運動的影響，揭示了攝動作用下軌道-姿態-結構振動之間的耦合機理。其次，基於上述模型開展了太陽能發電衛星對日指向的分散式魯棒控制方法研究。根據感測器和推力器分散式的配置方式，分別提出了對日指向的魯棒時變LQR控制方法以及對日指向的分散式魯棒共位控制方法。所提出的控制方法對外界干擾、結構參數變化/不確定性有較好的魯棒性，且通過限制系統頻寬可以有效避免由指向運動引起的結構振動。然後，針對太陽能發電衛星等大型空間結構，開展了姿態動力學時變參數在軌辨識方法研究。分別提出了基於深度學習算法的時變參數辨識方法，以及將轉動慣量參數估計和柔性結構狀態估計相結合的並發遞推辨識方法，可以有效提高參數辨識精度、增強對噪聲和參數不確定性的魯棒性。最後，對於上述提出的模型和方法開展了數值仿真研究。本項目取得的研究成果可以為我國太陽能發電衛星或其它大型航天工程項目的啟動和實施提供有價值的參考依據。