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《繩系衛(wèi)星狀態(tài)保持階段運動分析與控制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、中圖分類號：O313V448.2論文編號：102870115-B024學科分類號：080101博士學位論文繩系衛(wèi)星狀態(tài)保持階段運動分析與控制研究生姓名龐兆君學科、專業(yè)一般力學與力學基礎(chǔ)研究方向飛行器動力學與控制指導教師金棟平教授南京航空航天大學研究生院航空宇航學院二О一五年六月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringMotionsandTheirControlsofTetheredSatellit
2、eSystemsduringStation-KeepingAThesisinMechanicsbyPANGZhaojunAdvisedbyProf.JINDongpingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyJune,2015承諾書本人聲明所呈交的博士學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學或
3、其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。（保密的學位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：南京航空航天大學博士學位論文摘要繩系衛(wèi)星是將兩個或多個人造衛(wèi)星、航天器通過柔性系繩連在一起飛行的組合體，在空間科學等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值，受到了廣泛的關(guān)注。現(xiàn)有對繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的理論研究中，大多采用將衛(wèi)星簡化為質(zhì)點，系繩簡化為剛性桿的低自由度模型進行分析。然而在很多系繩衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用中，衛(wèi)星的剛體姿態(tài)運動是不可忽略的
4、，此時在對系統(tǒng)建模時需要將衛(wèi)星考慮成剛體。本文針對繩系衛(wèi)星主星姿態(tài)的作用，系統(tǒng)研究了狀態(tài)保持階段繩系衛(wèi)星的運動及其控制問題。論文主要內(nèi)容如下：（1）研究了圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的混沌運動，并通過加入阻尼來消除系統(tǒng)的混沌運動。將系繩的俯仰運動使用橢圓函數(shù)解析地表示出來，并視其為主星剛體姿態(tài)運動的擾動，從而使原兩自由度系統(tǒng)變換成帶有擾動的單自由度系統(tǒng)。利用Melnikov方法研究了主星剛體姿態(tài)的混沌運動，給出了含阻尼的繩系衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)生混沌運動區(qū)域。并通過對更接近真實系統(tǒng)的“珠鏈模型”進行數(shù)值仿真，驗證了采用的假設(shè)的正確性和理論分析的結(jié)果。（2）
5、研究了橢圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的周期運動、混沌運動及其欠驅(qū)動控制問題。通過攝動法獲得了小軌道偏心率時的繩系衛(wèi)星周期解，分析了周期解的穩(wěn)定性，并采用線性速度反饋控制將不穩(wěn)定的周期運動鎮(zhèn)定到穩(wěn)定的周期運動上。同樣采用Melnikov方法研究了系統(tǒng)的混沌運動，而后利用時延反饋控制方法成功將橢圓軌道繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的混沌運動引導到周期軌道上，并且通過對受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析得到了控制參數(shù)穩(wěn)定域和系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定域。（3）研究了繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的內(nèi)共振問題，給出了發(fā)生非線性共振的條件。采用多尺度方法獲得了1:1和3:1內(nèi)共振的解析解，分析了內(nèi)共振下的非線性模態(tài)運動
6、及其穩(wěn)定性，通過數(shù)值仿真驗證了解析解及模態(tài)穩(wěn)定性。（4）通過地面物理仿真實驗對理論和數(shù)值分析結(jié)果進行了實驗研究?；谔?地動力學相似原理，提出了圓軌道和橢圓軌道下天-地動力學等效方案，實現(xiàn)了這兩種等效情況下的繩系衛(wèi)星系統(tǒng)物理仿真，驗證了圓軌道兩體繩系航天器的混沌運動，以及采用阻尼力矩對于消除該混沌運動的有效性。同時，實驗驗證了時延反饋控制方法對穩(wěn)定橢圓軌道欠驅(qū)動繩系衛(wèi)星系統(tǒng)混沌運動的有效性。關(guān)鍵詞：繩系衛(wèi)星，Menikov方法，混沌運動，非線性共振，欠驅(qū)動控制，天-地動力學相似，物理仿真i繩系衛(wèi)星狀態(tài)保持階段運動分析與控制ABSTRAC
7、TAsanewtypeofspacecraft,tetheredsatellitesystemshavebeenpaidmuchattentionforthepastdecades.Inordertohaveagoodcontroldesign,itisessentialtounderstandtheattitudedynamicsoftetheredsatellitesystems.Thispaperfocusesonmotionsandtheircontrolsoftetherssatellitesystemsduringstate
8、-keppingphase,withconsiderationofrigidattitudesofthemothersatellite.Thecontentsareasfollows.(1)Thechaot
