[发明专利]一种空间飞行器绳索稳定收放控制方法

说明书

技术领域

本发明属于飞行器控制领域，更具体地说是一种空间飞行器绳索稳定收放控制方法。

背景技术

在空间探测、小卫星取样、空间编队飞行等新型航天任务中，需要用绳索释放出一个或多个航天飞行器，任务完成后进行回收。航天飞行器通过绳索稳定、安全地释放和回收是这类航天任务成功的关键。曾有多种控制方法被提出。譬如，最优控制：保证探测器以最优轨迹或时间收放至指定位置，参考文献如下：

[1]Jin DP,Hu HY.Optimal control of a tethered subsatellite of three degrees of freedom.Nonlinear Dynamics，2006,46(1~2):161~178.

[2]Williams P.Deployment/retrieval optimization for flexible tethered satellite systems.Nonlinear Dynamics，2008,52(1~2):159~179.

但此过程绳索产生较大的摆幅及摆动角速率，极易对探测器内部精密器件造成损伤；速率/拉力控制：通过收放速率或拉力调节进行绳索收放，参考文献如下：

[3]Barkow B,Steindl A,Troger H et al.Various methods of controlling the deployment of a tethered satellite.Journal of Vibration and Control，2003,9(1):187~208.

[4]Krupa M,Poth M,Schagerl M et al.Modelling,dynamics and control of tethered satellite systems.Nonlinear Dynamics，2006,43(1~2):73~96.

但该类控制律仅适用于圆周轨道；外激励控制：即利用电动力、喷气力等对绳索收放过程进行控制，参考文献如下：

[5]Oh C-S,Bang H.Deployable space structure control using adaptive predictive controller with notch filter.Aerospace Science and Technology，2009,13(8):459~465.

[6]Sanmartin JR,Lorenzini EC,Martinez-Sanchez M.Electrodynamic tether applications and constraints.Journal of Spacecraft and Rockets，2010,47(3):442~456.

但这将大大增加操作的技术难度及系统的不确定性，同时也对空间能源提出更为苛刻的要求。值得注意的是，在不可避免的复杂空间环境影响下，对于绳索的回收，通常是一个难以控制的不稳定过程，参考文献如下：

[7]Yu BS,Jin DP.Deployment and retri eval of tethered satellite system under J₂ perturbation and heating effect.Acta Astronautica，2010,67(7~8):845~853。

发明内容

本发明解决了一种在期望俯仰角满足条件下，仅根据绳索收放速率控制实现空间飞行器绳索稳定释放/回收的控制方法。

为解决上述技术问题，发明一种空间飞行器绳索稳定收放控制方法，该方法首先设定满足取值要求的期望俯仰角，再根据所提出的绳索收放的无量纲速率控制实现绳索的稳定释放/回收过程，具体包括以下步骤：

步骤A、构建描述绳索收放过程中系统俯仰角摆动的无量纲动力学模型