[发明专利]一种系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收方法及装置

权利要求书

1.一种系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、建立电磁捕获系统操控动力学模型；具体过程为：

建立参考坐标系o_Mxyz，以母星质心o_M为原点，o_Mx轴沿母星质心的地心矢径方向，o_My轴在母星运行轨道平面内并垂直于o_Mx轴，根据右手法则确定o_Mz轴；

建立计算坐标系o_CMx_EMy_EMz_EM，以电磁捕获系统与永磁体组合体的质心o_CM为原点，o_CMx_EM轴沿电磁捕获系统质心与永磁体质心连线，方向指向永磁体质心，o_CMy_EM处于o_CMx_EM与o_Mo_CM组成的面内并垂直于o_CMx_EM，o_CMz_EM与o_CMx_EM、o_CMy_EM构成右手直角坐标系；

电磁捕获系统操控动力学模型为：

其中，ω为母星的轨道运动角速度，l为系绳长度、θ为系绳相对o_Mx的母星轨道面内角、为系绳相对母星轨道面外角、ρ为系绳线密度、m为电磁捕获系统质量、T为系绳张力，字母上方符号“·”、“··”分别表示对应参数对时间的一次、二次导数，表示永磁体对电磁捕获系统产生的电磁力在绳长方向的投影分量；

S2、母星接收微纳星发出的回收指令；

S3、根据电磁捕获系统操控动力学模型，母星通过卷扬机构向微纳星发射电磁捕获系统；

S4、电磁捕获系统飞行进入电磁场-永磁场相互作用空间范围，母星通过指令实现电磁捕获系统与永磁体柔性对接，形成对接组合体；

S5、母星通过卷扬机构与电磁捕获系统相连接的系绳拉回电磁捕获系统；

S6、母星与对接组合体实现硬对接，实现微纳星与母星之间的电、气和液通道连接。

2.如权利要求1所述的一种系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收方法，其特征在于，所述步骤S4中的电磁捕获系统与永磁体柔性对接过程为：

将电磁捕获系统以磁偶极子表征，基于磁力线矢量设计期望对接轨迹、速度和加速度，通过优化多磁偶极子之间的横向/纵向相对距离、磁偶极子磁矩，设计电磁捕获系统与永磁体柔性对接需求的控制参数，依据控制参数实现电磁捕获系统与永磁体柔性对接，具体为：

基于磁力线矢量设计的期望对接速度为：

其中，v_d为期望对接速度，为电磁捕获系统指向永磁体的相对距离、为磁偶极子磁矩的单位矢量，k_v为任务需求调节参数，r为电磁捕获系统与永磁体之间的相对距离；

期望对接轨迹r_d为：

式中，r₀表示初始时刻的电磁捕获系统与永磁体之间的相对距离，t表示对接时间；

期望对接加速度a_d为：

3.一种系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收装置，其特征在于，包括卷扬机构、电磁捕获系统、系绳和永磁体；所述卷扬机构安装在母星上，用于发射与回收电磁捕获系统；所述电磁捕获系统，用于与微纳星上永磁体柔性对接，形成对接组合体；所述系绳两端分别连接卷扬机构与所述电磁捕获系统；所述永磁体安装在微纳星上，用于与电磁捕获系统柔性对接，形成对接组合体；所述卷扬机构、所述电磁捕获系统、所述系绳和所述永磁体根据权利要求1所述的系绳-电磁协同控制的微纳星柔性回收方法进行回收操作。