[发明专利]二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收最优控制方法

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自旋展开与回收最优控制方法，该方法能够有效地应用在二体星型空间绳系编队系统的自旋展开与回收过程中。

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。二体星型空间绳系编队系统在自旋运动过程中，能够通过释放或者回收编队中的绳系，从而改变编队自旋运动的覆盖面，空间任务的灵活性也大大增强。但是释放或者回收编队中的绳系，也就是改变编队中旋臂的长度，将会导致编队的自旋转速和旋臂角发生变化，而理想的编队自旋转速和辐射开环构型也会受到影响。

一般的空间任务中，希望编队自旋展开与回收任务完成后，编队仍然能够保持理想的匀速自旋运动和辐射开环构型，尽量避免编队自旋展开和回收导致编队的理想状态受到破坏。因此编队的自旋展开与回收控制问题是二体星型空间绳系编队系统研究的核心问题之一。目前国内外相关研究中，大多利用拉格朗日法建立的动力学模型，在一定的假设条件下对空间绳系编队系统的展开和回收控制进行研究。

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的自旋展开与回收控制问题，提出一种采用主航天器的自旋扭矩作为控制量的自旋展开与回收最优方法，该方法的特点是能够在一定的性能指标和约束条件下，控制二体星型空间绳系编队系统顺利地实现自旋展开与回收任务，并为一般的多体星型空间绳系编队系统的自旋展开与回收控制提供了一定的理论参考。

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自旋展开与回收最优控制方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：根据实际任务要求，确定二体星型空间绳系编队系统自旋展开与回收任务的约束条件，包括控制量约束、状态约束、终端约束和动力学约束；

所述动力学约束指满足二体星型空间绳系编队系统的非线性自旋动力学模型：