[发明专利]一种基于能量分析的柔性欠驱动系统控制方法

摘要

本发明涉及一种基于能量分析的柔性欠驱动系统控制方法，建立空间柔性系统的动力学方程；对被控对象的能量进行分析，找到可控状态和不可控状态之间的耦合关系，从而利用这种耦合关系，完成对系统全状态的欠驱动控制。有益效果：充分利用空间柔性系统的状态变量耦合特性，基于能量分析，发明了一种仅利用柔性系绳张力的欠驱动控制方法，大大降低平台卫星和释放子卫星的推力器燃料消耗；发明虚拟状态变量，加强可控状态和不可控状态之间的耦合，并利用这种耦合关系对原本不可控的变量进行控制；控制方法可应用于其他欠驱动控制系统。

主权项

1.一种基于能量分析的柔性欠驱动系统控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1、建立空间柔性系统的动力学方程：α″＝‑2(Λ′/Λ)(α′+1)‑3sinαcosα其中，α，α′和α″分别表示柔性系绳摆动的轨道面内角、角速度和角加速度；Λ，Λ′和Λ″分别表示柔性系绳的长度、释放/回收速度和加速度；T表示系绳控制张力；Ω表示轨道角速度；表示质量系数，其具体表示为其中m₁，m₂和m_t分别为平台卫星、释放卫星和柔性系绳质量；步骤2：计算系统的总能量为：通过对能量求相对轨道的偏导数E′＝FΛ′，其中F＝T/Ω²；步骤3：设计虚拟状态变量且虚拟状态变量满足从而使得系统的全状态收敛于期望值；步骤4：设计系绳张力控制器，即系绳拉力为：其中，k_p，k_α和k_d均为正的控制器增益；和Λ′_d是所期望的系绳长度和系绳回收/释放的速率；在不利用柔性系绳两端卫星推力器的前提下，以系绳张力控制器控制系绳张力，实现柔性连接系绳部署过程的快速稳定控制。