[發(fā)明專利]空間組合體航天器的非完全連接約束狀態(tài)地面模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811509598.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN109733649B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張憲亮;韓宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): B64G7/00
• 分類號(hào): B64G7/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 圣冬冬

本發(fā)明的一種空間組合體航天器的非完全連接約束狀態(tài)地面模擬方法，包含如下步驟：S1，模擬器A上安裝兩條用于抓捕目標(biāo)的機(jī)械臂，用于模擬服務(wù)航天器系統(tǒng)的空間運(yùn)動(dòng)；S2，模擬器B上安裝星箭對(duì)接環(huán)，用于模擬目標(biāo)航天器系統(tǒng)的空間運(yùn)動(dòng)；S3，模擬器A驅(qū)動(dòng)本體所攜帶的兩條機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)航天器的抓捕，抓捕點(diǎn)位于目標(biāo)航天器的星箭對(duì)接環(huán)薄壁；S4，根據(jù)ADAMS仿真結(jié)果，調(diào)整服務(wù)航天器的機(jī)械臂末端的鎖緊狀態(tài)，利用模擬器A和模擬器B模擬不同質(zhì)量的組合體航天器的非完全連接約束狀態(tài)。本發(fā)明基于氣浮平臺(tái)，利用運(yùn)動(dòng)模擬器，實(shí)現(xiàn)了組合體航天器的非完全約束狀態(tài)模擬，為非完全約束組合體動(dòng)力學(xué)和控制方法地面實(shí)驗(yàn)提供硬件基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間操控研究領(lǐng)域，具體涉及一種組合體航天器的非完全連接約束狀態(tài)地面模擬方法。

背景技術(shù)

服務(wù)航天器利用本體攜帶的機(jī)械臂捕獲目標(biāo)之后，形成組合體航天器。由于捕獲目標(biāo)是非合作(故障航天器、廢棄航天器、空間碎片等)的，捕獲完成之后，機(jī)械臂末端與捕獲點(diǎn)未實(shí)現(xiàn)完全剛性連接，導(dǎo)致服務(wù)航天器與目標(biāo)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，處于非完全連接約束狀態(tài)，如圖1所示。

針對(duì)組合體航天器的控制問題，目前已有學(xué)者開展了一系列研究，馬廣富等^[1]針對(duì)組合體航天器的控制問題，提出了一種有限時(shí)間超螺旋反步姿態(tài)控制算法，秦琰^[2]提出了一種局部慣量未知的航天器組合體姿態(tài)控制方法，陳雪芬等^[3]提出了一種非合作體附著下的組合體航天器自適應(yīng)控制方法，劉超鎮(zhèn)^[4]等提出了一種基于在軌參數(shù)辨識(shí)的組合體航天器姿態(tài)控制技術(shù)，李磊^[5]等提出一種組合體航天器變拓?fù)溥^程中姿態(tài)穩(wěn)定控制研究([1]馬廣富,高寒,呂躍勇,宋婷,袁建平,組合體航天器有限時(shí)間超螺旋反步姿態(tài)控制,宇航學(xué)報(bào),Vol.38,No.11,2017.[2]秦琰,局部慣量未知的航天器組合體姿態(tài)控制,哈爾濱工業(yè)大學(xué),碩士學(xué)位論文.[3]陳雪芬,康國華,非合作體附著下的組合體航天器自適應(yīng)控制,導(dǎo)航與控制,Vol.15,No.4,2016..[4]劉超鎮(zhèn),賀亮,盧山,賈成龍,基于參數(shù)在軌辨識(shí)的組合體航天器姿態(tài)控制技術(shù),上海航天,Vol.31,No.6,2014.[5]李磊,周軍,黃河,張浩,組合體航天器變拓?fù)溥^程中姿態(tài)穩(wěn)定控制研究,計(jì)算機(jī)仿真,Vol.32,No.6,2015)。

針對(duì)組合體航天器的控制器設(shè)計(jì)方法，目前已有單位申請(qǐng)了一系列專利，北京理工大學(xué)^[6]提出了一種調(diào)整推力器方向指向組合體航天器質(zhì)心的方法，并已申請(qǐng)專利；上海新躍儀表廠^[7]提出了一種在軌拖曳的組合體航天器姿軌復(fù)合控制方法并已申請(qǐng)專利；北京航空航天大學(xué)^[8]提出了一種組合體航天器閉環(huán)反饋?zhàn)顑?yōu)控制分配方法并已申請(qǐng)專利([6]許濤,張堯,張景瑞,翟光,趙書閣,一種調(diào)整推力器方向指向組合體航天器質(zhì)心的方法,北京理工大學(xué),CN103235598A[7]盧山,劉超鎮(zhèn),武海雷,賀亮,韓飛,李劍,在軌拖曳的組合體航天器姿軌復(fù)合控制方法,上海新躍儀表廠,CN103970142A[8]郭雷,劉志兵,喬建忠,徐健偉,吳克堅(jiān),一種組合體航天器閉環(huán)反饋?zhàn)顑?yōu)控制分配方法,北京航空航天大學(xué),CN105867406A)。

由研究現(xiàn)狀調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)于組合體航天器的研究集中在控制方法研究方面，且研究對(duì)象多為完全連接約束的組合體航天器，未涉及非完全連接約束情況的研究。對(duì)于非完全約束組合體航天器的地面實(shí)驗(yàn)方法，據(jù)我們調(diào)研，目前尚未有研究。針對(duì)非完全約束組合體的地面模擬問題，本研究團(tuán)隊(duì)提出一種空間組合體航天器的非完全連接約束狀態(tài)地面模擬方法。

在太空中，由于廢棄衛(wèi)星或者故障衛(wèi)星的質(zhì)量不同、體積不同，導(dǎo)致實(shí)際目標(biāo)航天器的質(zhì)量不確定，而服務(wù)航天器的質(zhì)量和執(zhí)行能力是一定的。當(dāng)目標(biāo)航天器與服務(wù)航天器的質(zhì)量比過大時(shí)，由于抓捕點(diǎn)連接不牢固，目標(biāo)航天器和服務(wù)航天器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即存在非完全連接約束狀態(tài)。在地面上實(shí)現(xiàn)非完全連接狀態(tài)模擬是必要的。

發(fā)明內(nèi)容