[发明专利]一种主被动结合的绳网拖拽安全离轨控制方法

摘要

一种主被动结合的绳网拖拽安全离轨控制方法，首先根据绳系卫星离轨任务，设计绳系系统质心推力加速度，并由推进系统产生相应的推力施加于母星，实现对所设计轨道机动路径的实时跟踪。其次，设计张力控制量，由系绳卷扬机构产生相应的张力施加于母星，实现对系绳的面内摆角的主动控制。从而通过母星的轨道机动和系绳张力控制拖拽子星最终实现绳系系统的轨道机动。本发明方法能够使得拖拽过程系绳面内摆角不会出现大幅振动且稳定在约束范围内，防止碰撞的发生。同时，结合合适的轨道机动路径设计，再对联合体施加主动的张力控制，抑制面内摆角，从而实现目标的安全离轨控制。

主权项

一种主被动结合的绳网拖拽安全离轨控制方法，其特征在于：对于由母星和子星及连接二者的绳系组合而成的绳系系统，由母星的推进系统产生满负荷推力并施加于母星，使得所述绳系系统按照预先设定的路径进行轨道机动，在轨道机动过程中，通过母星上安装的卷扬机构对所述绳系施加张力控制量T，使得母星拖拽子星共同进行轨道机动，直至子星到达预定的轨道；$T=-\frac{k_1{x}_2+k_2{f}_1+k_3{x}_4+k_4{f}_2}{b_T{k}_2}-\frac{s+\mathrm{sgn}\left(s\right)}{b_T{k}_2}$$f_1=(1+x_1)[{(\stackrel{.}{u}-x_4-{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_0)}^{2}3{\mathrm{\μr}}^{-3}{\cos }^2({\mathrm{\θ}}_0+x_3)-{\mathrm{\μr}}^{-3}]-{f_{u}l}_0^{-1}\sin ({\mathrm{\θ}}_0+x_3),$$\begin{array}{c}{f}_2=2x_2{(1+x_1)}^{-1}(\stackrel{.}{u}-x_4-{\stackrel{.}{\mathrm{\θ}}}_0)-3{\mathrm{\μr}}^{-3}\sin ({\mathrm{\θ}}_0+x_3)\cos ({\mathrm{\θ}}_0+x_3)+\stackrel{..}{u}-{\stackrel{..}{\mathrm{\θ}}}_0\\ -[f_u{l}_0^{-1}{(1+x_1)}^{-1}\cos ({\mathrm{\θ}}_0+x_3)+f_r{l}_0^{-1}{(1+x_1)}^{-1}\sin ({\mathrm{\θ}}_0+x_3)].\end{array}$b_T＝‑(ml₀)^‑1绳系系统沿轨道切向方向的加速度M为母星的质量，m为子星的质量，ε_θ＝θ‑θ₀，x₁＝ε_l，x₃＝ε_θ，k₁,k₂,k₃,k₄均为大于零的参数，s＝k₁x₁+k₂x₂+k₃x₃+k₄x₄，sgn(·)为符号函数，l₀为期望的系绳长度，l为母星卷扬机构实时测量的绳系系统质心到子星间的绳长，θ和φ分别为面内摆角和面外摆角，μ为地心引力常数，r为绳系系统质心的轨道向径，p为半通径，θ₀为面内摆角的平衡位置，u为绳系系统质心的升交点幅角，f的径向分量f_r沿矢径方向，f的周向分量f_u在轨道平面内垂直于矢径，沿u增大的方向，f的副法向分量f_h垂直于轨道平面，沿动量矩矢量H＝r×v方向，r为绳系系统质心轨道向径，v为绳系系统质心的轨道速度。