[发明专利]基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制方法

说明书

本发明公开的基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：通过在柔性航天器上分布式安装角动量交换装置和敏感器，建立柔性航天器系统的振动方程、功率方程及量测矩阵；根据角动量交换装置选择角动量交换装置工作模式，角动量交换装置工作模式包括“变速控制力矩陀螺”模式、“动量轮”模式和“控制力矩陀螺动量轮”组合模式；基于选择的角动量交换装置工作模式，选择同时满足其他子系统功率需求、实现柔性结构振动抑制的角动量交换装置操纵律，实现基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制。本发明能够减少储能系统的重量，从而减小分布式角动量交换装置对整个系统的质量和惯量的影响。

技术领域

本发明涉及基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

随着航天任务精度和能力要求的提高，航天器的太阳帆板和天线尺寸已经由十米量级向百米量级发展。与传统“中心刚体+柔性附件”航天器不同，此类大尺度航天器的柔性结构成为系统主体，控制量必须分布式施加在柔性结构上，才能实现高精度主动控制以满足任务要求。在大型柔性结构上分布式安装角动量交换装置，如动量轮和控制力矩陀螺等，能够施加分布式模态力实现结构振动抑制，同时并不会消耗推进剂。这样得到的系统称为陀螺柔性体。

然而，在柔性结构上安装角动量交换装置会增加系统的质量和惯性，这与柔性航天器的轻量化设计目标相冲突。一方面，可以使用具有更小尺寸、更轻质量的角动量交换装置。另一方面，可以充分利用角动量交换装置，使其具有更多的功能，从而减少其他子系统的质量。本发明提出一种基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制方法，充分利用角动量交换装置中高速旋转的飞轮，利用飞轮进行能量存储，使得储能系统和振动抑制系统集成为一个系统。这种方案可以减少储能系统的重量，从而减小分布式角动量交换装置对整个系统的质量和惯量的影响。

发明内容

本发明公开的基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制方法，要解决的技术解决问题是：充分利用角动量交换装置中高速旋转的飞轮，利用飞轮进行能量存储，使得储能系统和振动抑制系统集成为一个系统，当柔性结构振动时，控制系统能够主动抑制振动；当柔性结构不振动时或者振幅很小时，控制系统能够在保持结构良好阻尼的同时吸收或释放能量；当其他子系统功率供过于求时，控制系统能够吸收其他子系统多余的能量，而当其他子系统功率供不应求时，控制系统能够释放能量补充其他子系统的需求。通过上述改进能够减少储能系统的重量，从而减小分布式角动量交换装置对整个系统的质量和惯量的影响。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制方法，通过在柔性航天器上分布式安装若干个角动量交换装置和敏感器，并建立柔性航天器系统的振动方程、功率方程及量测矩阵；然后根据角动量交换装置选择角动量交换装置工作模式，角动量交换装置工作模式包括“变速控制力矩陀螺”模式、“动量轮”模式和“控制力矩陀螺动量轮”组合模式；最后基于所选择的角动量交换装置工作模式，选择能同时满足其他子系统功率需求、并实现柔性结构振动抑制的角动量交换装置操纵律，实现基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制。

本发明公开的基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制方法，包括以下步骤：

步骤一：在柔性结构上分布式安装若干个角动量交换装置和敏感器。

步骤二：建立柔性结构系统的振动方程、功率方程及量测矩阵。

步骤三：根据角动量交换装置选择角动量交换装置工作模式，选择能同时满足其他子系统功率需求、并实现柔性结构振动抑制的角动量交换装置操纵律，即实现基于分布式角动量的柔性结构振动能量一体化控制。

所述其他子系统是指：柔性结构上除了分布式角动量之外的全部子系统。