[發明專利]一種系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收方法及裝置

有效

• 申請號: 201811469747.6
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109592080B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 張元文;楊樂平;朱彥偉;戚大偉;黃渙;甄明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、建立電磁捕獲系統操控動力學模型；具體過程為：

建立參考坐標系o_Mxyz，以母星質心o_M為原點，o_Mx軸沿母星質心的地心矢徑方向，o_My軸在母星運行軌道平面內并垂直于o_Mx軸，根據右手法則確定o_Mz軸；

建立計算坐標系o_CMx_EMy_EMz_EM，以電磁捕獲系統與永磁體組合體的質心o_CM為原點，o_CMx_EM軸沿電磁捕獲系統質心與永磁體質心連線，方向指向永磁體質心，o_CMy_EM處于o_CMx_EM與o_Mo_CM組成的面內并垂直于o_CMx_EM，o_CMz_EM與o_CMx_EM、o_CMy_EM構成右手直角坐標系；

電磁捕獲系統操控動力學模型為：

其中，ω為母星的軌道運動角速度，l為系繩長度、θ為系繩相對o_Mx的母星軌道面內角、為系繩相對母星軌道面外角、ρ為系繩線密度、m為電磁捕獲系統質量、T為系繩張力，字母上方符號“·”、“··”分別表示對應參數對時間的一次、二次導數，表示永磁體對電磁捕獲系統產生的電磁力在繩長方向的投影分量；

S2、母星接收微納星發出的回收指令；

S3、根據電磁捕獲系統操控動力學模型，母星通過卷揚機構向微納星發射電磁捕獲系統；

S4、電磁捕獲系統飛行進入電磁場-永磁場相互作用空間范圍，母星通過指令實現電磁捕獲系統與永磁體柔性對接，形成對接組合體；

S5、母星通過卷揚機構與電磁捕獲系統相連接的系繩拉回電磁捕獲系統；

S6、母星與對接組合體實現硬對接，實現微納星與母星之間的電、氣和液通道連接。

2.如權利要求1所述的一種系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收方法，其特征在于，所述步驟S4中的電磁捕獲系統與永磁體柔性對接過程為：

將電磁捕獲系統以磁偶極子表征，基于磁力線矢量設計期望對接軌跡、速度和加速度，通過優化多磁偶極子之間的橫向/縱向相對距離、磁偶極子磁矩，設計電磁捕獲系統與永磁體柔性對接需求的控制參數，依據控制參數實現電磁捕獲系統與永磁體柔性對接，具體為：

基于磁力線矢量設計的期望對接速度為：

其中，v_d為期望對接速度，為電磁捕獲系統指向永磁體的相對距離、為磁偶極子磁矩的單位矢量，k_v為任務需求調節參數，r為電磁捕獲系統與永磁體之間的相對距離；

期望對接軌跡r_d為：

式中，r₀表示初始時刻的電磁捕獲系統與永磁體之間的相對距離，t表示對接時間；

期望對接加速度a_d為：

3.一種系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收裝置，其特征在于，包括卷揚機構、電磁捕獲系統、系繩和永磁體；所述卷揚機構安裝在母星上，用于發射與回收電磁捕獲系統；所述電磁捕獲系統，用于與微納星上永磁體柔性對接，形成對接組合體；所述系繩兩端分別連接卷揚機構與所述電磁捕獲系統；所述永磁體安裝在微納星上，用于與電磁捕獲系統柔性對接，形成對接組合體；所述卷揚機構、所述電磁捕獲系統、所述系繩和所述永磁體根據權利要求1所述的系繩-電磁協同控制的微納星柔性回收方法進行回收操作。