航天器低沖擊分離控制技術(shù)研究.pdf

1、分離裝置作為航天器中的關(guān)鍵部件,直接影響到航天任務(wù)能否順利完成,受到越來(lái)越多的關(guān)注。傳統(tǒng)火工分離裝置分離載荷大,對(duì)航天器有著潛在的影響。針對(duì)這一問(wèn)題,需要研制一種新型分離裝置,其具有分離載荷小、承載大、需要能量少以及分離速度可控等優(yōu)點(diǎn)。本文將以機(jī)動(dòng)平臺(tái)為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)一款新型氣壓式分離解鎖裝置,并研究分離過(guò)程的控制問(wèn)題。
　　首先利用力學(xué)知識(shí)建立衛(wèi)星平臺(tái)和小衛(wèi)星相對(duì)非慣性坐標(biāo)系的軌道動(dòng)力學(xué)方程,利用拉格朗日方程,建立帶有撓性部件的

2、衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程,推導(dǎo)出衛(wèi)星平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,為后續(xù)控制器設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
　　根據(jù)技術(shù)要求設(shè)計(jì)新型氣壓式分離解鎖裝置,推導(dǎo)出新型分離裝置的數(shù)學(xué)模型并設(shè)計(jì)分離速度控制器,在此基礎(chǔ)之上研究分離裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)分離過(guò)程的影響,分析分離機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊載荷對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)軌道運(yùn)動(dòng)的影響以及分離機(jī)構(gòu)偏離中心引起的沖擊力矩和太陽(yáng)帆板柔性對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的影響。
　　利用Lyapunov穩(wěn)定性定理分別設(shè)計(jì)了PD控制器和滑模變結(jié)構(gòu)控制器,當(dāng)機(jī)

3、動(dòng)平臺(tái)受到?jīng)_擊載荷時(shí),對(duì)比兩種控制器的姿態(tài)穩(wěn)定度和控制精度。針對(duì)太陽(yáng)帆板撓性振動(dòng)與平臺(tái)之間的耦合影響,設(shè)計(jì)應(yīng)變速率反饋補(bǔ)償器,通過(guò)增加帆板的振動(dòng)阻尼有效抑制振動(dòng),提高衛(wèi)星控制精度。
　　最后利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)分離控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證,同時(shí)建立火工分離裝置的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)對(duì)比仿真結(jié)果,證明相對(duì)于火工分離裝置,在滿足分離任務(wù)的同時(shí),本文所設(shè)計(jì)的分離裝置產(chǎn)生的沖擊載荷更小,衛(wèi)星姿態(tài)控制器能夠滿足要求,星體可以保持較高的控制精度和姿態(tài)穩(wěn)