[发明专利]基于双超卫星平台碰振动力学模型的防碰撞最优控制方法

说明书

本发明涉及一种基于双超卫星平台碰振动力学模型的防碰撞最优控制方法，包括如下步骤：步骤1：基于动量守恒定理建立双超卫星平台碰振动力学模型；所述双超卫星平台包括载荷舱、平台舱、永久磁铁端、线圈端、间隙；步骤2：在建立的碰振动力学模型基础上，引入拉格朗日泛函概念，根据极值条件的约束，求得最优间隙的计算公式和最优控制规律。本发明解决了双超平台非接触式结构面临的碰振问题，能有效地给出最优控制律设计方法和磁浮机构间隙最优计算方法，能够指导双超卫星等具有间隙的非接触结构的设计。

技术领域

本发明涉及航天卫星技术领域，具体地，涉及一种基于双超卫星平台碰振动力学模型的防碰撞最优控制方法。

背景技术

对超高精度超高稳定度的双超卫星平台而言，由于其关键部件磁浮机构采用电磁作用力原理设计，其结构是非接触的，磁浮机构的线圈端和磁铁端存在间隙，从而在干扰的作用下容易导致碰撞，影响卫星在轨性能，因此需要对碰撞的动力学特性进行研究，设计最优控制规律，对结构间隙进行优化，从而防止碰撞。

发明内容

针对现有技术中的空白，为了解决双超卫星平台防碰撞问题，本发明提出了一种基于双超卫星平台碰振动力学模型的防碰撞最优控制方法，给出了碰撞中冲量、动量矩、恢复系数、碰撞前后速度、角速度等的分析和计算方法，进而给出最优控制律和间隙的最优设计方法，解决双超卫星平台的最优控制问题，并能够判断碰撞的动力学特性，指导双超卫星的设计。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于双超卫星平台碰振动力学模型的防碰撞最优控制方法，包括如下步骤：

步骤1：基于动量守恒定理建立双超卫星平台碰振动力学模型；所述双超卫星平台包括载荷舱、平台舱、永久磁铁端、线圈端、间隙；所述载荷舱用于安装安静部件，并为敏感载荷提供超精超稳控制；所述平台舱用于安装嘈杂部件，为卫星提供保障；所述永久磁铁端被固连于载荷舱上，用于形成均匀磁场；所述线圈端固连于平台舱上，通电后用于产生变化的电流，从而产生期望输出力，用来控制载荷舱的姿态和两舱之间的相对位置；所述间隙为永久磁铁端和线圈端之间的空隙；也是载荷舱和平台舱易发生碰撞的位置，需要进行最优化设计，以避免碰撞；

步骤2：在建立的碰振动力学模型基础上，引入拉格朗日泛函概念，根据极值条件的约束，求得最优间隙的计算公式和最优控制规律。

进一步地，所述双超卫星平台碰振动力学模型包括：

1)：双超卫星平台在碰撞期间无外力作用时满足动量守恒定理：

m₁V₁+m₂V₂＝m₁v₁+m₂v₂

式中：m₁,m₂分别表示载荷舱和平台舱的质量，V₁,V₂分别表示碰撞前载荷舱质心的速度和平台舱质心的速度，v₁,v₂分别表示碰撞后载荷舱质心的速度和平台舱质心的速度；

则，碰撞期间，动量-冲量方程的矢量形式为：

m_i(V_i-v_i)＝(-1)^i-1P,i＝1,2 (1)

式中：下标i＝1,2，分别表示载荷舱和平台舱，P为碰撞冲量，速度V_i,v_i,(i＝1,2)的矢量形式为：