项目名称: 考虑几何非线性的复杂机构结构太阳帆刚柔耦合动力学与姿态振动一体化控制研究

项目编号: No.11272101

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 崔乃刚

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 78万元

中文摘要: 太阳帆这类以光压为动力的新型航天器在理论与工程研究方面均已成为航天界研究热点之一。本项目以带有控制叶片、控制杆和滑动质量块的太阳帆为研究对象,针对其机构结构复杂、主体承力支撑杆具有几何非线性等特点。首先,使用虚功原理及有限元策略对支撑杆进行静力学建模,使用牛顿迭代进行求解,据此给出推力模型修正原理;其次,使用拉格朗日方程方法建立支撑杆振动方程,使用纽马克-贝塔和牛顿迭代进行求解,据此分析其振动特性并给出控制与仿真之用的振动方程;再次,使用拉格朗日方程方法建立太阳帆姿态动力学方程,据此分析其姿态动力学特性并给出控制与仿真之用的姿态动力学方程;最后,以某一空间任务为背景,提出一种多异类执行机构在线可重构智能控制分配方法,对太阳帆进行姿态振动一体化控制。本项目将解决太阳帆任务应用最基础和关键问题- - 推力模型修正、复杂动力学与控制等问题,为太阳帆在轨运行提供理论和技术支撑,具有重要的学术和实用价值

中文关键词: 太阳帆;几何非线性;刚柔耦合;动力学与控制;张量坐标

英文摘要: Solar sail has been one of the hotspots in the field of aerospace which makes use of sunlight as the propulsion thrust from the aspects of theory and engineering. Solar sail equipped with control vanes, control boom and sliding mass has the features of complex mechanisms and structures and supporting beams geometric nonlinearity. First, the principle of virtual work and strategy of finite element are used to model the supporting beams, the Newton-iterative algorithm was used to solve the equations, and principle of the modifying thrust models is given. Secondly, the vibration equations are established by using Lagrange equation method, the Newmark-β and Newton-iterative algorithm are used to solve these equations, and the vibration features, vibration equations for controller design and dynamical simulations are given. Thirdly, the attitude dynamical equations are established by using Lagrange equation method, the dynamical features, the attitude dynamical equations for controller design and dynamical simulations are given. At last, based on some space mission, the attitude/vibration integrated control is given by proposing a online reconfigurable intelligent control allocation algorithm based on multiple heterogeneous implementation mechanisms. The project will deal with the most basic and key issues for solar

英文关键词: solar sail;geometric nonlinearity;rigid-flexible coupling;dynamic and control;tensor coordinate

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