柔性航天器分布式控制器设计与布局的研究现状分析

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• 论文作者：曹登庆 ; 曹彧腾 ; 刘伦 ; 魏进
• 年：2016
• 作者机构：哈尔滨工业大学航天学院;
• 论文关键词：柔性航天器 ; 姿态控制 ; 主动振动抑制 ; 分布式控制
• 会议召开时间：2016-05-06
• 会议录名称：第十届动力学与控制学术会议摘要集
• 语种：中文
• 分类号：V44
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十届动力学与控制学术会议
• 会议地点：中国四川成都
• 主办单位：中国力学学会动力学与控制专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：2
• 文件大小：674k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

随着空间飞行任务需求的不断增长,为维持空间约束、重量、性能、控制等多种因素中的微妙平衡,达到最优实现,航天器的结构变得越来越复杂。空间天线等有效载荷的大型化导致能源需求的不断提高,从而使得太阳翼朝着大型化和柔性化的方向发展,对航天器姿态控制与结构振动控制提出了更高的要求。航天器的姿态控制内容包括姿态稳定和姿态机动两个方面,其目的是通过控制作用克服干扰以消除实际姿态与期望姿态的偏差。然而柔性附件的大挠性、低阻尼的特性使其容易受到姿态调节过程与空间环境的影响而发生振动。挠性振动与姿态机动相耦合,导致有效载荷性能下降、失效甚至破坏,进而影响整个航天器的指向精度和姿态稳定度。因此,研究航天器姿态控制与振动抑制相耦合的控制策略已成为一个热点问题。航天器柔性附件的主动振动抑制课题国内外已有大量研究,传统的集中控制方法起到了很好的效果,但也有其固有的缺陷。由于集中式控制不可避免的局限性,分布式控制器设计与布局成为柔性航天器控制的必然选择。针对每一个传感器接收到的信号,在其附近位置有相应的作动器独自处理,形成独立的控制单元。每个控制单元均感知或驱动局部状态。将所有局部信息综合加工,即掌握结构整体的运动控制。因此分布式控制的基本思想是:分散管理,协同控制。本文着重介绍柔性航天器姿态控制与结构振动控制的研究现状及其发展方向,主要内容包括:针对传统航天器的集中式控制方法及其适应性;针对柔性航天器的集中式(置于中心平台)姿态控制与分布式(置于大型柔性结构)结构振动控制方法的现有研究成果及其尚需着力开展的研究工作;针对超大尺度柔性航天器(无中心刚体)的高精度姿态控制器与结构振动主动控制器的布局、设计与协调所面临的困难与挑战,并指出急需开展的研究工作。

引文