带柔性天线卫星的动力学与机动控制研究

摘要

由于天线和太阳帆板等柔性部件的存在，载有可展开天线的卫星存在着刚柔耦合效应，影响星载天线的精度和卫星姿态的稳定性，因此在卫星结构设计过程中，必须进行卫星刚柔耦合多柔体系统动力学的研究。本文以某载有可展开天线的卫星为研究对象，对星载天线的结构模态和间隙运动副展开动力学进行了研究，建立了天线-卫星系统多柔体动力学模型，仿真分析了卫星多柔体系统的刚柔耦合动力学特性，并利用该刚柔耦合动力学模型进行了卫星姿态机动控制方法研究。
　　首先采用有限元分析软件建立了径向肋式可展开天线的精细有限元模型，并进行结构模态分析，得到天线收拢状态和展开状态的模态频率及模态振型。其次研究了运动副间隙中的碰撞原理，并建立了合理的间隙碰撞模型，利用该间隙模型对天线展开过程进行了仿真，分析了展开过程中间隙产生的碰撞力对卫星本体姿态以及天线展开精度的影响。然后对天线-卫星多柔体系统进行了合理的假设和简化，根据拟坐标拉格朗日方程，推导了天线-卫星系统的多柔体动力学模型，并利用该动力学模型研究了卫星系统的刚柔耦合问题，分析了可以抑制刚柔耦合作用的因素，从原理上对卫星系统的结构设计优化提供参考。最后基于天线-卫星系统多柔体动力学模型，设计了多柔体动力学模型姿态机动的控制律，利用陷阱滤波器抑制了挠性附件振动模态对系统的影响，并对卫星姿态机动过程进行了仿真，结果表明该控制策略对实现卫星姿态机动过程的稳定性是有效可靠的。
　　本文的研究结果已应用于某卫星的结构设计优化以及其载有的天线的结构分析，并已为该卫星控制系统的分析设计提供了理论参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 星载天线模态分析

2.1 前言

2.2 天线有限元模型

2.3 天线模态分析

2.4 小结

第三章 星载天线展开过程动力学分析

3.1 前言

3.2 ADAMS中间隙建模方法

3.3 天线展开过程仿真分析

3.4 小结

第四章 天线-卫星系统多体动力学模型

4.1 前言

4.2 系统描述

4.3 卫星多柔体动力学模型

4.4 卫星多柔体动力学仿真算例

4.5 柔性天线对卫星多体的影响

4.6 小结

第五章 卫星姿态机动控制系统研究

5.1 前言

5.2 卫星姿态机动的原理

5.3 姿态控制系统设计

5.4 卫星姿态机动控制仿真

5.5 卫星姿态稳定性控制仿真

5.6 小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果