欠驅動燃料晃動及太空飛行器姿態跟蹤自適應控制研究

《欠驅動燃料晃動及太空飛行器姿態跟蹤自適應控制研究》是依託北京理工大學，由岳寶增擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：欠驅動燃料晃動及太空飛行器姿態跟蹤自適應控制研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：岳寶增
• 項目類別：面上項目

項目摘要

以充液太空飛行器為主要工程背景，研究欠驅動燃料晃動及太空飛行器姿態跟蹤自適應控制問題。以仿真與分析相結合的方法提取微重力環境下液體燃料晃動的等效力學模型參數；以包含質心運動和姿態運動在內的六自由度模式描述太空飛行器空間機動動力學；推導剛-液-控耦合系統動力學方程。開展對非線性耦合系統的穩定性、分岔及非線性控制設計方面的研究。全面、深入挖掘欠驅動動力學系統非線性控制理論的最新成果，解決太空飛行器耦合系統姿態鎮定、目標跟蹤以及液體燃料晃動的非線性自適應補償問題。設計自適應控制器、確保閉環信號的有界性並使太空飛行器姿態漸進跟蹤預期的輸出並抑制液體晃動模態。採用多參數延拓方法、藉助現代非線性分析工具對非線性耦合系統的穩定性開展定性和定量方面的研究並確立穩定性判據及準則。重要研究成果包括充液太空飛行器剛-液-控耦合系統的建模方法和理論、欠驅動系統非線性動力學與控制的理論和方法、臨界參數值、數值仿真結果及計算機仿真軟體。

結題摘要

本項目在此前的研究基礎上首先對微重力液體晃動動力學進行了進一步的深入研究，採用改進的數值方法得到了不同幾何形狀貯箱中，依賴於不同邦德數、充液比及接觸角的微重力液體的靜平衡液面形狀。運用Lagrange方法導出了微重力下貯箱內液體與結構耦合系統的無量綱動力學方程組，揭示了剛液耦合系統面內及面外模態的非線性動力學特性。以實際太空飛行器模型為研究對象，建立充液太空飛行器動力學模型；套用反饋線性化原理得到了動態逆控制器。根據構造等效單擺模型需要的液體燃料晃動頻率和阻尼，設計能夠抑制液體晃動的輸入成型器；將設計的輸入成型器和動態逆控制相結合得到了複合控制策略並將其套用到受到軸向脈衝推力的充液太空飛行器開環系統仿真中，結果證明所設計的輸入成型器可以有效的抑制液體晃動。研究了用動量輪控制一類帶輕質懸臂樑附屬檔案的充液太空飛行器的姿態機動控制問題，基於Lyapunov穩定性理論設計了實現最終姿態機動的反饋控策略。分析了系統參數對太空飛行器姿態機動剩餘章動角及剩餘跨越角速度的影響。