[发明专利]一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法

摘要

本发明涉及一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法，利用拖曳飞行器的轨道控制力同时控制拖曳飞行器的轨道和抑制系绳摆动，避免系绳快速释放问题，且不利用系绳控制力，避免了和目标星姿态稳定控制的需求冲突，具有很好的实用性。本发明与国内外同类技术对比，有如下积极效果：避免了在目标星一端加入推力器，并利用其推力器抑制系绳摆动，降低了系统的复杂性。避免了快速收放系绳的需求，降低了对系绳收放装置的需求，且避免了空间系绳的快速释放难题。避免了与利用系绳张力稳定目标星姿态的系绳张力冲突，降低了控制器的设计难度。

主权项

1.一种拖曳变轨中利用拖曳飞行器机动的系绳摆动抑制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：建立系绳拖曳变轨动力学模型其中，Oxyz为地心惯性系，Sx_by_bz_b为组合体系统的本体坐标系，地心惯性系的Oz轴和组合体本体坐标系的Sz_b轴平行；θ是Sx_b轴和Ox轴的夹角，R为地心O到组合体质心S的距离，α为真近点角，即OS与Ox轴的夹角；l为空间系绳长度；m₁为拖曳飞行器质量，m₂为目标星质量，ρ为空间系绳的平均线密度，m_t＝ρl为空间系绳质量；μ＝3.98603×10¹⁴m³/s²为地心引力常数，m＝m₁+m₂+m_t为组合体系统的总质量，m^*＝(2m₁+m_t)(2m₂+m_t)/4m‑m_t/6为组合体系统的约化质量；F_R和F_α分别为作用于拖曳飞行器上的组合体拖曳变轨径向推力和切向推力；分别为R和α的一阶和二阶导数，为θ的二阶导数；步骤2：计算状态变量R,α,θ的跟踪指令θ角的跟踪指令为变轨推力作用下的系绳平衡位置，跟踪指令θ_d为：θ_d＝arctan(F_αd/F_Rd)；步骤3：设计状态变量R,α,θ的第一层滑模面，并计算R和α通道在滑模面上的等效控制量；状态变量R,α,θ的第一层滑模面为：其中，s₁，s₂和s₃分别是设计的状态变量R,α,θ的滑模面，c₁，c₂和c₃分别是设计的常值系数；等效控制量为：其中：[]⁺表示该矩阵的伪逆；步骤4：构造第二层滑动平面，并推导系统总的控制量构造第二层滑模面：S＝s₁+λs₂+ληs₃其中，S为设计的第二层滑模面，λ和η分别为设计的系数；系统总的控制量为：u_s为切换控制量：以系统总的控制量对系绳摆动角进行抑制。