[发明专利]一种大轨道偏心率多体绳系卫星的全电动稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种大轨道偏心率多体绳系卫星的全电动稳定控制方法，该系统包括：基于拉格朗日方法构建空间多体绳系卫星系统动力模型；根据空间多体绳系卫星系统动力模型得到系绳收放速度与稳定正弦摆动的关系，得到稳定收放率；根据稳定收放率对系绳进行回收和释放。通过调节系统中各个卫星上安装的电动绳轴对系绳的收放速度解决多体绳系卫星的稳定控制问题。本发明作为一种大轨道偏心率多体绳系卫星的全电动稳定控制方法，可广泛应用于卫星控制领域。

技术领域

本发明属于卫星控制领域，尤其涉及一种大轨道偏心率多体绳系卫星的全电动稳定控制方法。

背景技术

空间多体绳系卫星系统通常由多个通过系绳串联的卫星组成。为了实现大范围的空间观测与大气探测，空间多体绳系卫星系统往往需要运行于具有较大偏心率的椭圆轨道上。较大的轨道偏心率将造成系统出现非周期性的摆动运动，整个系统运动形式如同钟摆。这种运动状态不仅将对系统的稳定带来极大的负面影响甚至导致系统翻折失稳，也将不利于空间观测的精确性。针对该问题，常规的应对手段为：使用探测卫星上的推力器对系统进行长期的稳定控制。这种控制手段需要消耗工质，由于卫星可携带的工质有限，因此无法满足长期探测任务需求。为了实现对运行于大偏心率轨道绳系卫星系统的稳定控制并满足长期任务需求，必须采用合理的控制方法对系统的摆动进行抑制，同时要求控制执行机构仅消耗电能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种大轨道偏心率多体绳系卫星的全电动稳定控制方法，通过合理的调节系统中各个卫星上安装的电动绳轴对系绳的收放速度解决多体绳系卫星的稳定控制问题。

本发明所采用的技术方案是：一种大轨道偏心率多体绳系卫星的全电动稳定控制方法，包括以下步骤：

基于拉格朗日方法构建空间多体绳系卫星系统动力模型；

根据空间多体绳系卫星系统动力模型得到系绳收放速度与稳定正弦摆动的关系，得到稳定收放率；

根据稳定收放率对系绳进行回收和释放。

进一步，还包括：

判断到存在扰动误差，对控制输入信号进行调整。

进一步，所述空间多体绳系卫星系统动力模型形式如下：

上式中，L_i表示第i-1与i颗卫星之间的系绳长度，表示系统主星的真近点角，T_i+1为第i+1绳的张力，θ_i表示第i颗卫星的摆角，μ＝(39860044±1)×10⁷m³/s²为地球重力系数，m_i表示第i颗卫星的质量，r_i表示第i颗卫星在轨道系中的位置向量，e表示轨道偏心率，r_i^x表示第i颗卫星位置矢量在e_r方向分量，r_i^y表示第i颗卫星位置矢量在方向分量，n表示轨道角速度，为关于轨道偏心率与真近点角的辅助参数。

进一步，所述稳定收放率的表达式如下：

上式中，A表示系统正弦摆动的振幅，ω表示正弦摆动频率，θ_d表示任务期望的稳定状态曲线。

进一步，所述控制输入信号表达式如下：