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超长柔性航天器高效动力学建模与控制

孙俊  朱东方  孙杰  晏筱璇  刘付成  
【摘要】:面向后续高时空分辨率遥感的超长柔性航天器发展的迫切需求,在分析此类航天器的结构特征、力学特性和控制性能要求的基础上,进一步阐述解决其高精度控制面临的动力学建模与控制问题的实现方法和后续发展方向。首先,在动力学建模技术方面,基于能量等效原理,研究了具有强几何非线性的非对称连续超长桁架结构的非线性等效梁建模,并通过数值仿真对比分析了等效梁模型的精度;在此基础上,基于能量等效原理,引入连接非线性特性,研究了具有强几何非线性和连接非线性的非对称超长桁架结构的等效板建模,实现了分布化的非光滑摩擦力作用下的空间三维桁架结构的耦合模态函数求解和非线性动力学方程构建。在高精度控制方面,基于图论方法,研究了此类刚柔强耦合航天器的形-姿协同控制方法,实现了天线形态振动与姿态指向的快速高精度控制,并通过数值仿真对比分析了提出的快速协同控制方法的有效性与精度。

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