绳系拖曳中柔绳动力学及其控制方法.pdf

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1、第２３卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．４２０１７年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１７绳系拖曳中柔绳动力学及其控制方法罗焜，赵国伟，阳光烈（北京航空航天大学宇航学院，北京１０００８３）摘要：针对绳系拖曳离轨系统中对目标星的控制问题，提出一种利用拖曳装置控制系绳张力的方法。采用有限元法建立了系绳伪梁模型，通过仿真分析了系绳参数、端部扰动对其传力特性的影响以及所造成的系绳两端张力区别的原因。建立了系绳收放与张力控制装置机电一体的动力学模型，基于ＰＤ控制方法，实现了通过系绳收放对系绳末端张力的跟踪控制。通过算例仿真分析了系绳末端位置扰动频率对末端张力跟踪

2、控制效果的影响，结果表明：对于确定的末端张力跟踪控制要求，末端位置扰动频率较低时，末端张力跟踪误差小；随着扰动频率的增大，末端张力误差和时滞增大；严重时出现系绳间歇式松紧现象，末端张力无法正常跟踪，被动产生张力冲击。关键词：绳索；系绳伪梁模型；传力特性；张力控制中图分类号：Ｖ１９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１７）０４-０５１２-１０ＤｙｎａｍｉｃｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄｏｆＴｅｔｈｅｒｉｎＴｅｔｈｅｒＴｕｇｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍＬＵＯＫｕｎ，ＺＨＡＯＧｕｏｗｅｉ，ＹＡＮＧＧｕａｎｇｌｉｅ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉ

3、ｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｒｇｅｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｔｅｔｈｅｒｅｄｓａｔｅｌｌｉｔｅｉｎａｔｅｔｈｅｒ-ｔｕｇｇｉｎｇｄｅ-ｏｒｂｉｔｓｙｓｔｅｍ，ａｔｅｔｈｅｒｔｅｎｓｉｏｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｔｈｅｔｏｗｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｎｏｖｅｌｔｅｔｈｅｒｐｓｅｕｄｏ-ｂｅａｍｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔ

4、ｈｏｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｅｔｈｅｒｐａ-ｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｅｎｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｎｔｈｅｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｔｂｏｔｈｅｎｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔａｎｄｒｅｔｒｉｅｖａｌｄｅｖｉｃｅａｎｄｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｗａｓｂｕｉｌｔ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＰ

5、Ｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｔｅｔｈｅｒｃｏｕｌｄｂｅｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔａｎｄｒｅｔｒｉｅｖａｌｏｆｔｈｅｔｅｔｈｅｒ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｓ-ｔｕｒｂａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｎｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｔｅｎｓｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｆｏｒａｇｉｖｅｎｒｅｑｕｉｒｅ

6、ｍｅｎｔｏｎｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｔｅｎｓｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｔｅｎｓｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｅｒｒｏｒｗａｓｓｍａｌｌｗｈｅｎｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｓｌｏｗ，ｔｈｅｎｔｈｅｅｒｒｏｒａｎｄｄｅｌａｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｎｄｉｆｔｈｉｓｇｏｅｓｏｎ，ｔｈｅｓｅ-ｒｉｏｕｓｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｌｙｔｉｇｈｔｏｒｌｏｏｓｅｔｅｔｈｅｒ，ｔｒａｃｋｉｎｇｆａｉｌｕｒｅｏｆ

7、ｔｈｅｅｎｄｔｅｎｓｉｏｎ，ａｎｄｐａｓ-ｓｉｖｅｔｅｎｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｍａｙｏｃｃｕｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｔｈｅｒ；ｔｅｔｈｅｒｐｓｅｕｄｏｂｅａｍｍｏｄｅｌ；ｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ轨服务技术的需求越来越迫切。采用“平台／收１引言放装置＋空间绳系＋抓捕装置”组成空间绳系抓随着空间技术的发展，空间任务日趋多样化捕平台，不仅可以将传统机器人的操作半径延伸和复杂化，对于故障卫星维修轨道垃圾清理等在至百米量级，避免空间平台的近距离逼近和停靠收稿日期：２０１７-０３-０２；修回日