Forskning i dynamik og FNTSM-kontrol af rumfartøjer med et filmoptagelseslommesystem

Først skal du etablere modellen for opsamlingslommesystemet. Ved at bruge en stor fleksibel membranstruktur understøttet af oppustelige stænger danner den øvre del et ottekantet prisme, der giver en stor indhylling til indfangningsmekanismen, mens den nederste del antager en cylindrisk form.

Systemets udfoldelse og tilbagetrækning opnås gennem justering af oppustning og tømning ved hjælp af oppustelige fleksible led. Systemets arbejdsproces er hovedsageligt i 3 faser. For det første bliver rumfartøjssystemet drevet af højtryksmotoren for at nærme sig det erobrede mål. Derefter pustes oppustelige fleksible led op for at omslutte målet. Endelig manøvrer servicerumfartøjet aktivt for at trække det fangede mål ind i kirkegårdens kredsløb.

Brug derefter Absolute Nodal Coordinate Formulation (ANCF) til at etablere den dynamiske model af tyndfilmslommefangstsystemet. Anvend højordens ANCF-elementer med 8 noder til at beskrive filmoverfladens bevægelse, der repræsenterer den globale positionsvektor gennem interpolationspolynomier Φ_i (x_i , y_i ).

Beskriv deformationen af ​​materialepunkter ved hjælp af Green-Lagrange-tøjningstensoren og indsæt den i den globale positionsvektorgradienttensor J ⁱ at udlede elementets bevægelsesligninger. Anvend princippet om virtuelt arbejde til at udlede elementets kinematiske ligninger. Desuden introducer du controlleren u , vinkelhastighed ω( ω) , og unit quaternion q .

Udled derivaterne af holdningssporingsfejl, inklusive vinkelhastighedsfejl ω _e og holdningsrotationsmatrix A _qe . Endelig inkorporerer virkningerne af rumfartøjets inertimoment J _R og ekstern forstyrrelse d , udled rumfartøjets attitude dynamiske ligninger.

Efterfølgende har forfatteren, der bygger på ikke-lineær glidende tilstandskontrol, udtænkt en Fast Terminal Sliding Mode (FTSM) overflade F . For at forhindre singularitetsproblemer i FTSM er en Fast Nonsingular Terminal Sliding Mode (FNTSM) overflade F designet, når |q _ei | <ψ .

Introduktionen af ​​en FxESO (Fixed-Time Extended State Observer) involverer design af de dynamiske ligninger for observationsfejl, hvilket muliggør estimering af usikkerheder. Endelig, baseret på FTNSM og FxESO, er en rumfartøjscontroller designet til at opnå konvergens og stabilitet inden for en begrænset tid.

Herefter etablerede forfatteren en virtuel prototype og udførte numeriske simuleringsanalyser af den relevante dynamik og kontrolteorier. Undersøgelsen afslørede, at systemet efter rumfartøjets holdningsmanøvrer gradvist stabiliserede sig.

Der var dog stadig vibrationer i de fleksible stænger, hvilket forhindrede membranen i at blive helt strammet, hvilket resulterede i kontinuerlige rynker på membranoverfladen. Derudover blev FNTSM + FxESO controlleren sammenlignet med Nonsingular Terminal Sliding Mode (NTSM) + Expansion Observer (ESO) controlleren, og holdningsfejlene under denne controller blev analyseret.

Resultaterne indikerer, at FNTSM + FxESO-controlleren bringer rumfartøjet til den ønskede stilling efter 10 sekunder, hvilket er cirka 25 sekunder hurtigere sammenlignet med NTSM + ESO-controlleren. Dette forbedrer konvergenshastigheden for systemets holdningsfejl betydeligt.

Desuden kan denne controller effektivt undertrykke vibrationer med høj amplitude og holde steady-state holdningsfejlen på størrelsesordenen 10 ^-4 . Dette demonstrerer den foreslåede controllers høje effektivitet, præcision og stabilitet.

Flere oplysninger: Zhuoran Huang et al., Dynamics and FNTSM Control of Spacecraft with a Film Capture Pocket System, Space:Science &Technology (2023). DOI:10.34133/space.0079

Leveret af Beijing Institute of Technology Press Co., Ltd