[发明专利]一种空间目标碰撞冲击的主动被动混合控制方法

说明书

本发明公开了一种空间目标碰撞冲击的主动被动混合控制方法，该方法针对空间目标碰撞冲击问题，采用仿生结构被控制和主动控制方法结合的混合控制方法，控制冲击碰撞对基座的扰动；首先，采用被动控制方法，通过减振机构的形变以及非线性阻尼减缓冲击；其次采用主动控制方法消除减缓后的外界扰动。本发明结合仿生结构的非线性阻尼抑制碰撞冲击对航天器基座的影响，再通过主动控制即可消除碰撞冲击对基座的扰动。

技术领域

本发明属于空间目标控制领域，具体涉及一种空间目标碰撞冲击的主动被动混合控制方法。

背景技术

随着空间开发利用活动的增加，空间碎片的数量急剧增多。而空间轨道的资源是有限的，如果不清理空间碎片，待其数量增大到一定程度后，已有碎片之间的碰撞会使产生碎片的速度大于清理的速度，从而引起“凯斯勒”效应，空间将不能再被利用。因此空间碎片的清理是亟待解决的任务。由于大量空间碎片具有旋转特性，不可避免会出现碰撞冲击等。因此需要针对空间碎片振动冲击控制问题，提出高效可行的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供了一种空间目标碰撞冲击的主动被动混合控制方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种空间目标碰撞冲击的主动被动混合控制方法，该方法针对空间目标碰撞冲击问题，采用仿生结构被控制和主动控制方法结合的混合控制方法；首先，采用被动控制方法，通过减振机构的形变以及非线性阻尼减缓冲击；其次采用主动控制方法消除减缓后的外界扰动。

本发明进一步的改进在于，根据生物界普遍存在的X构型结构特征，设计的一种具有非线性阻尼特征的减振机构，该减振机构由多段X型结构组成，每个X型结构由两根杆组成，杆件之间的摩擦以及结构形变能够有效减缓扰动碰撞冲击对航天器的影响。

本发明进一步的改进在于，具体包括如下步骤：

步骤一：建立基于仿生结构的振动冲击被动控制动力学模型；

过程的整个动力学构型为六自由度构型，在单自由度碰撞冲击混合控制模型中，F(t)为碰撞干扰力，m₁终端机构质量，m₂是航天器质量，y₁是终端机构的位置，y₂是经过X构型减震之后，航天器的位置，l为X构型每一部分的长度；θ₀为X构型中与卫星直接连接的杆与卫星之间的夹角；n为减震机构中X构型的数目；为X构型接受外力后稳定的位置与初始位置的夹角；x为X构型接受外力后稳定的位置与初始位置在纵向的差，由机构的形变关系得到公式(1)：

由公式(1)可知

其中-90deg＜φ＜θ₀；

由拉格朗日动力学建模方法可知，在不考虑主动控制的情况下，整个系统的动能表达式如下：

其中，与分别为终端机构与航天器本体的运动速度；

在此假定被动减振装置的质量相比主航天器小很多，则整个系统的势能如下：

其中，k为纵向弹簧的劲度系数；k_b为横向弹簧的劲度系数；x₀为纵向弹簧的初始长度；x_b为横向弹簧的初始长度；