电动绳系航天器渐近稳定释放控制方法

摘要

本发明提供了一种电动绳系航天器渐近稳定释放控制方法。在赤道圆轨道下，该技术首先基于电动力设定满足取值要求的期望俯仰角，再根据所提出的绳索释放无量纲速率控制实现电动绳索的渐近稳定释放过程。本发明解决了如何使电动绳在赤道圆轨道下渐近稳定地沿期望俯仰角释放，依据计算出的电动绳索释放速率可实现空间绳系航天器渐近稳定地释放控制方法；同时，通过调节电流强度还可以实现绳索匀速释放。

主权项

一种电动绳系航天器渐近稳定释放控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤A、构建描述电动绳索释放过程中系统俯仰角、滚转角摆动的无量纲动力学方程：$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{··}{\theta }+2(\stackrel{·}{\theta }+1)(\frac{\stackrel{·}{\xi }}{\xi }-\phi \stackrel{·}{\phi })+3\theta =H_{\theta }\\ \stackrel{··}{\phi }+2\stackrel{·}{\phi }\left(\frac{\xi }{\xi }\right)+[{(\stackrel{·}{\theta }+1)}^2+3]\phi =H_{\phi }\end{array}\right.---\left(1\right)$式中，θ表示电动绳索摆动的面内俯仰角，表示面内俯仰角对轨道真近点角ν求导，即绳索摆动的面内俯仰角速度，表示绳索摆动的面内俯仰角的二阶导数，φ表示电动绳索摆动的面外滚转角，表示面外滚转角对轨道真近点角ν求导，即绳索摆动的面外滚转角速度，表示绳索摆动的面外滚转角的二阶导数，ξ表示绳索无量纲长度，表示绳索无量纲长度的变化速率，参数H_θ＝‑[μ_mI(m_M‑m_S)cosδ]/[2μ_Em_Mm_S]、H_φ＝0，其中μ_m表示地球偶极子磁矩，I表示绳索电流强度，m_M表示航天器质量，m_S表示末端探测器质量，δ表示轨道倾角，μ_E表示地球引力常数，若电流I恒定则参数H_θ也为恒定值；步骤B、根据公式(1)确定系统的平衡点：$\left\{\begin{array}{c}{\theta }_{10}=\frac{{\mathrm{\xi H}}_{\theta }-2\stackrel{·}{\xi }}{3\xi }\\ {\theta }_{20}=0\\ {\phi }_{10}=-\frac{H_{\phi }}{4}\\ {\phi }_{20}=0\end{array}\right.---\left(3\right)$式中，θ₁₀为平衡位置俯仰角，θ₂₀为对应的俯仰角速度，φ₁₀为平衡位置滚转角，φ₂₀为对应的滚转角速度，由于H_φ＝0故平衡位置滚转角φ₁₀＝0；步骤C、任意设置一个期望俯仰角θ_e，并令平衡位置俯仰角θ₁₀＝θ_e，确定θ_e与参数H_θ、绳索无量纲长度ξ及其变化速率的关系，如下$\stackrel{·}{\xi }=\frac{{\mathrm{\xi H}}_{\theta }-3{\mathrm{\xi \theta }}_e}{2};---\left(4\right)$步骤D、根据系统线性化矩阵的特征根及释放特性来确定期望俯仰角θ_e取值范围，使得在对电动绳索释放时，保证绳索释放过程渐近稳定；步骤E、在期望俯仰角θ_e满足取值范围的条件下，根据式(3)绳索释放的无量纲释放速率对电动绳索进行释放控制。