[发明专利]一种二体星型空间绳系编队系统构型保持协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二体星型空间绳系编队系统构型保持协调控制方法，该方法能够有效地应用在二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制任务中。

背景技术

二体星型空间绳系编队系统是一种新型的空间编队系统，由位于编队中心的一个主航天器和分布在主航天器周围并通过空间绳系（称为旋臂）与之连接的两个子航天器组成。编队中的空间绳系一般约为几十至数百米，并且主航天器对连接的各空间绳系具有释放、回收和控制能）。主航天器能够通过自身的推力器等执行机构产生自旋扭矩，从而促使整个编队系统以一定的角速度在空间中做自旋运动，并利用自旋运动产生的离心力维持连接各子航天器的空间绳系的张力并保持编队构型。另外，两个子航天器也具有一定的自主机动力。二体星型空间绳系编队系统的编队控制任务可以由主航天器单独完成，例如，主航天器通过释放、回收编队中的空间绳系就可以实现编队构型的展开与回收；通过主航天器的自旋扭矩可以实现对编队自旋运动的控制。因此，二体星型空间绳系编队系统的控制方式简单，对子航天器的功能和燃料要求较低。理想状态下，二体星型空间绳系编队系统在空间中以一定的角速度作匀速自旋运动，其编队构型如图1所示。两个子航天器在主航天器周围呈对称分布，且连接主航天器与子航天器的旋臂保持直线张紧状态。但由于轨道摄动、机构误差等因素，二体星型空间绳系编队系统会出现旋臂角误差和自旋转速误差，图1中的理想构型将无法保持，必须采取一定的编队构型保持控制措施。

二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制可以采用三种类型的控制量，包括旋臂的绳系拉力，主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主机动力。旋臂的绳系拉力实现比较复杂，并且其能够提供的控制量较小，好处在于绳系拉力的实现可以不消耗主航天器和子航天器本身所携带的燃料，而只需要消耗电能。主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主机动力均需要消耗本身所携带的燃料，但其能够提供相对较大的控制量。另外，子航天器所携带的燃料相对主航天器较少，而且补充比较困难。一般情况下，在空间任务中航天器携带的燃料是有限的，而电能某种意义上可以视为无限的。因此在二体星型空间绳系编队系统的构型保持控制过程中，更希望使用消耗电能的旋臂的绳系拉力，而较少的使用主航天器的自旋扭矩和子航天器的自主机动力，以延长编队系统的工作寿命。目前与二体星型空间绳系编队相关的研究集中在动力学建模方面，尚未有关于构型保持协调控制策略方面研究出现。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的在于针对二体星型空间绳系编队系统自旋运动过程中的构型保持控制问题，提出一种采用主航天器的自旋扭矩和旋臂的绳系拉力作为控制量的构型保持协调控制方法，该方法的特点是在实现构型保持控制任务的前提下，能够充分发挥主航天器的自旋扭矩和旋臂的绳系拉力作为控制量时的优势，进而达到减少燃料消耗，延长编队工作寿命的目的。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种二体星型空间绳系编队系统构型保持协调控制方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：建立线性的二体星型空间绳系编队系统构型保持控制模型其中u＝[ΔT₁ ΔT₂ αΔM]^T，和为两个旋臂的旋臂角误差，Δω为自旋转速误差，ΔT₁和ΔT₂为两个旋臂的绳系拉力控制量，ΔM为主航天器的自旋扭矩控制量；