[发明专利]一种柔性航天器多级复合控制动力学建模方法

说明书

本发明公开了一种柔性航天器多级复合控制动力学建模方法，包括如下步骤：(1)、建立柔性航天器一体化有限元模型；(2)、以主动指向超静平台与载荷和星体连接节点、星体执行机构节点为输入节点，载荷敏感器节点、星体敏感器节点、主动指向超静平台与载荷和星体连接节点为输出节点，建立航天器基于有限元方法的结构动力学方程；(3)、将航天器基于有限元方法的结构动力学方程变换为航天器模态坐标下的结构动力学方程，并改写成航天器的状态空间方程；(4)、对状态空间方程进行输入输出变换，得到以输入节点作用力为输入，以输出节点运动学状态为输出的柔性航天器多级复合控制动力学模型，用于控制系统仿真分析。

技术领域

本发明属于航天器控制领域，涉及一种柔性航天器多级复合控制动力学建模方法。

背景技术

当前航天器对指向控制提出了三超(超高精度超高稳定度超敏捷)的要求，仅基于卫星姿态控制的单级控制技术已经难以满足要求。通过在航天器星体和载荷之间安装具有振动隔离、扰振抑制和精确指向调节的柔性环节，即主动指向超静平台，有效解决了航天器控制中的“稳、快、准”的突出矛盾问题，易于实现未来航天器的超高精度超高稳定度超敏捷控制目标，所述主动指向超静平台可以是由多个带作动器的支杆组成。

为验证添加主动指向超静平台后的控制效果，需要尽可能地利用现有模型，加入主动指向超静平台，进行一体化控制系统分析。然而，在进行建立一体化模型和进行控制系统分析时，面临以下问题。一是，在现有卫星控制系统中，星体平台和载荷平台都为刚性连接，在进行三超控制系统分析时，往往采用刚体模型，不能准确反映出各阶模态的响应。二是，已有的有限元模型为整体模型，无法直接添加主动指向超静平台模型进行控制系统设计与分析。三是，现有控制系统分析方法都只针对整星模型，无法验证添加主动指向超静平台后的控制效果。

基于此需要研究柔性航天器多级复合控制动力学建模方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有整星有限元模型无法进行三超控制系统分析的问题，提出了一种柔性航天器多级复合控制动力学建模方法。

本发明的技术解决方案是：一种柔性航天器多级复合控制动力学建模方法，所述柔性航天器包括载荷、星体和主动指向超静平台三部分，所述主动指向超静平台为六自由度并联平台，用于连接星体和载荷，该方法包括如下步骤：

(1)、建立包含主动指向超静平台的航天器有限元模型，即航天器一体化有限元模型；

(2)、以主动指向超静平台与载荷和星体连接节点、星体执行机构节点为输入节点，载荷敏感器节点、星体敏感器节点、主动指向超静平台与载荷和星体连接节点为输出节点，建立航天器基于有限元方法的结构动力学方程；

(3)、引入模态坐标变换公式，将航天器基于有限元方法的结构动力学方程变换为航天器模态坐标下的结构动力学方程，并进一步改写成航天器模态坐标下的状态空间方程；

(4)、对模态坐标下的状态空间方程进行输入输出变换，得到以输入节点作用力为输入，以输出节点运动学状态为输出的柔性航天器多级复合控制动力学模型，用于控制系统仿真分析。

所述航天器基于有限元方法的结构动力学方程为：