[发明专利]空间组合体航天器的非完全连接约束状态地面模拟方法

说明书

本发明的一种空间组合体航天器的非完全连接约束状态地面模拟方法，包含如下步骤：S1，模拟器A上安装两条用于抓捕目标的机械臂，用于模拟服务航天器系统的空间运动；S2，模拟器B上安装星箭对接环，用于模拟目标航天器系统的空间运动；S3，模拟器A驱动本体所携带的两条机械臂实现对目标航天器的抓捕，抓捕点位于目标航天器的星箭对接环薄壁；S4，根据ADAMS仿真结果，调整服务航天器的机械臂末端的锁紧状态，利用模拟器A和模拟器B模拟不同质量的组合体航天器的非完全连接约束状态。本发明基于气浮平台，利用运动模拟器，实现了组合体航天器的非完全约束状态模拟，为非完全约束组合体动力学和控制方法地面实验提供硬件基础。

技术领域

本发明涉及空间操控研究领域，具体涉及一种组合体航天器的非完全连接约束状态地面模拟方法。

背景技术

服务航天器利用本体携带的机械臂捕获目标之后，形成组合体航天器。由于捕获目标是非合作(故障航天器、废弃航天器、空间碎片等)的，捕获完成之后，机械臂末端与捕获点未实现完全刚性连接，导致服务航天器与目标之间存在相对运动，处于非完全连接约束状态，如图1所示。

针对组合体航天器的控制问题，目前已有学者开展了一系列研究，马广富等^[1]针对组合体航天器的控制问题，提出了一种有限时间超螺旋反步姿态控制算法，秦琰^[2]提出了一种局部惯量未知的航天器组合体姿态控制方法，陈雪芬等^[3]提出了一种非合作体附着下的组合体航天器自适应控制方法，刘超镇^[4]等提出了一种基于在轨参数辨识的组合体航天器姿态控制技术，李磊^[5]等提出一种组合体航天器变拓扑过程中姿态稳定控制研究([1]马广富,高寒,吕跃勇,宋婷,袁建平,组合体航天器有限时间超螺旋反步姿态控制,宇航学报,Vol.38,No.11,2017.[2]秦琰,局部惯量未知的航天器组合体姿态控制,哈尔滨工业大学,硕士学位论文.[3]陈雪芬,康国华,非合作体附着下的组合体航天器自适应控制,导航与控制,Vol.15,No.4,2016..[4]刘超镇,贺亮,卢山,贾成龙,基于参数在轨辨识的组合体航天器姿态控制技术,上海航天,Vol.31,No.6,2014.[5]李磊,周军,黄河,张浩,组合体航天器变拓扑过程中姿态稳定控制研究,计算机仿真,Vol.32,No.6,2015)。

针对组合体航天器的控制器设计方法，目前已有单位申请了一系列专利，北京理工大学^[6]提出了一种调整推力器方向指向组合体航天器质心的方法，并已申请专利；上海新跃仪表厂^[7]提出了一种在轨拖曳的组合体航天器姿轨复合控制方法并已申请专利；北京航空航天大学^[8]提出了一种组合体航天器闭环反馈最优控制分配方法并已申请专利([6]许涛,张尧,张景瑞,翟光,赵书阁,一种调整推力器方向指向组合体航天器质心的方法,北京理工大学,CN103235598A[7]卢山,刘超镇,武海雷,贺亮,韩飞,李剑,在轨拖曳的组合体航天器姿轨复合控制方法,上海新跃仪表厂,CN103970142A[8]郭雷,刘志兵,乔建忠,徐健伟,吴克坚,一种组合体航天器闭环反馈最优控制分配方法,北京航空航天大学,CN105867406A)。

由研究现状调研可以发现，目前对于组合体航天器的研究集中在控制方法研究方面，且研究对象多为完全连接约束的组合体航天器，未涉及非完全连接约束情况的研究。对于非完全约束组合体航天器的地面实验方法，据我们调研，目前尚未有研究。针对非完全约束组合体的地面模拟问题，本研究团队提出一种空间组合体航天器的非完全连接约束状态地面模拟方法。

在太空中，由于废弃卫星或者故障卫星的质量不同、体积不同，导致实际目标航天器的质量不确定，而服务航天器的质量和执行能力是一定的。当目标航天器与服务航天器的质量比过大时，由于抓捕点连接不牢固，目标航天器和服务航天器之间存在相对运动，即存在非完全连接约束状态。在地面上实现非完全连接状态模拟是必要的。

发明内容