[发明专利]一种针对绳系空间拖船系统摆振的小推力切换控制方法

说明书

本发明提供一种针对绳系空间拖船系统摆振的小推力切换控制方法，步骤如下：一、前提假设；二、推导动力学方程；三、设计推力切换控制器；四、分析控制器的稳定性；五、数值仿真验证；通过以上步骤，将系统动力学方程和推力切换控制器结合，得到所设计的针对绳系空间拖船摆振的小推力切换控制方法；该方法设计的控制器能够通过两个常值推力的切换控制，使得目标物脱离轨道并控制系统的摆振；通过步骤五进行数值仿真，验证了控制系统的可行性、正确性；该方法设计的绳系空间拖船系统摆振的小推力切换控制能够高效地控制系统的摆振，具有较高的实用性和灵活性，能够在使用绳系空间拖船对空间碎片进行快速离轨的同时有效地抑制系绳的摆振。

【技术领域】

本发明提供一种针对绳系空间拖船系统摆振的小推力切换控制 方法，即一种针对绳系空间拖船系统(简称：TST系统)摆振的小推 力切换控制方法，它涉及一种通过两个常值低推力的切换控制来实现 空间碎片快速拖曳离轨同时对系统的摆振进行控制的控制方法，属于 航天工程中绳系卫星技术领域。

【背景技术】

随着航空工业、航空技术的飞速发展，在低地球轨道(LEOs) 中，废弃的人造太空飞行器数量激增，导致太空环境越来越严重。用 于清理空间碎片和废弃卫星等轨道目标的TST系统(即绳系空间拖 船系统，下同)的提出，引起了学者们的广泛兴趣。TST系统具有成本低廉、应用安全性高、适用于非合作目标等优点，技术前景广阔。

TST系统具有复杂的非线性动力学特性、系统摆振控制等问题， 前人对TST系统上做了很多研究，得出了许多具有独创性的控制方 法，例如开关式推力或者混合动力控制系统的设计。

该项技术创新点和难点在于通过常值小推力切换控制，在拖曳离 轨的同时实现TST系统的摆振控制。目前通常用来稳定系绳摆振的 控制系统输入是系绳的长度和系绳的张力。由于可变推力的推力器很 难生产得到，并且推进器的输出精确度也很难得到保证，这必将影响 控制效果，不适用于实际摆振控制情况，所以星上推力更适合用来作 为对系绳张力控制的辅助而不是作为单一输入。而推力较系绳长度和 张力控制效率更高，所以设计一种针对TST系统摆振的常值小推力 的切换控制方法是有必要的。

【发明内容】

(一)发明的目的

本发明的目的是针对现有TST系统系绳摆振控制方法的不足， 提出一种通过两个常值低推力的切换控制来实现空间碎片快速拖曳 离轨的同时对系绳的摆振进行控制的方法。

(二)本发明的技术方案：

本发明设计了一种针对绳系空间拖船系统摆振的小推力切换控 制方法，即一种针对TST系统摆振的小推力切换控制方法，具体步 骤如下：

步骤一、前提假设

该TST系统包括拖船、目标物和系绳在内的整体，拖船和目标 物位于系绳两端；

为了突出重点问题并简化动力学方程，做如下假设：

(1)地球的重力场是均匀的球形引力场，不考虑其他摄动；

(2)位于系绳两端的拖船和目标物视为质点；

(3)系绳视为一根刚性杆；

(4)系统质心在近圆轨道上做轨道运动；

(5)系绳的长度远小于轨道尺寸；

(6)推力作用于拖船的质量中心并总是沿着轨道坐标轴的-x方 向。

步骤二、推导动力学方程