中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (4): 1-9.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0041

• 研究探讨 •    下一篇

挠性充液航天器超近程逼近段动力学建模与控制

 王首喆1, 刘华清2, 张庆展1, 靳永强1,*, 盛英华1   

  1. 1上海宇航系统工程研究所，上海201109
    2上海卫星工程研究所，上海201109
  • 收稿日期:2016-08-23 修回日期:2017-01-06 出版日期:2017-08-25 发布日期:2017-06-29
  • 作者简介:王首喆（1992-），男，硕士研究生，wszlssb@163.com，研究方向为飞行器总体设计 *通讯作者：靳永强（1981-），男，高级工程师，jyq413@bit.edu.cn，研究方向为飞行器总体设计
  • 基金资助:

    上海市科学技术委员会资助项目（14XD1423400）

Modelingandcontrolforaliquidfilledspacecraftwithflexibleappendagesincloseproximity

WANG  Shou-Zhe1, LIU  Hua-Qing2, ZHANG  Qing-Zhan1, JIN  Yong-Qiang1,*, SHENG  Ying-Hua1   

  1. 1AerospaceSystemEngineeringShanghai，Shanghai201109，China
    2ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai201109，China
  • Received:2016-08-23 Revised:2017-01-06 Published:2017-08-25 Online:2017-06-29

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摘要： 超近程逼近过程中，服务航天器为刚柔液耦合的复杂系统，单摆等液体晃动模型不再适用，对这种工况下的航天器进行了动力学建模与控制的研究。采用虚功率原理推导了一种新的适用于三轴推力作用下的液体晃动等效模型，通过引入相对位置导引矢量与相对位置误差矢量，建立了相对轨道误差动力学模型，结合相对姿态动力学模型，得到超近程逼近段的刚柔液耦合的相对轨道姿态动力学模型。针对模型存在的不确定性和未知干扰，设计了基于滑模估计器的相对姿轨耦合控制律。通过数学仿真验证了控制律的有效性，仿真中的晃动结果与Flow-3D结果能够吻合，验证了晃动模型的合理性。

关键词: 在轨服务, 超近程逼近, 轨迹导引, 刚柔液耦合, 相对姿轨耦合, 滑模估计器

Abstract: Incloseproximity，theservicingspacecraftisacomplexsystemwithrigidflexibleliquidcoupled，andtheliquidsloshingmodel，suchaspendulum，isn′tapplicable.Thedynamicsmodelingandcontrolofthisspacecraftwerestudied.Firstly，akindofnewliquidsloshingequivalentmechanicalmodelwasderivedbyvirtualworkprinciple，anditcouldbeappliedtothesituationoftriaxialthrust.Secondly，arelativepositionguidancevectorandarelativepositionerrorvectorweredefined，andarelativepositionerrordynamicsmodelwasderived.Thirdly，combiningtherelativepositionerrordynamicswiththerelativeattitude  dynamics，acoupledrelativeattitudeorbitdynamicsmodelwasestablished，whichwassuitablefortheprocessofcloseproximityinrendezvousanddocking.Themodelwasalsorigidflexibilityliquidcoupled.Finally，acontrollawbasedontheslidemodecontrolwasdesignedtoestimatetheunknownbutboundeddisturbances，systemuncertaintiesandmeasurementnoise.Theeffectivenessofthecontrollawwasvalidatedbynumericalsimulation.TheresultsofthesloshinginthesimulationagreewellwiththeFlow-3Dresults，whichindicatesthattheliquidsloshingequivalentmechanicalmodelisreasonable.

Key words: onorbitservicing, closeproximity, trajectoryguidance, rigidflexibleliquidcoupled, relativeattitudeorbitcoupled, slidingmodeestimator