大角速度柔性航天器动力学模型修正.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2013)06—0032—03第30卷2013年第6期大角速度柔性航天器动力学模型修正罗婧，陈士明，董云峰(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：将拉格朗日方程及其准坐标形式用于中心刚体加柔性附件航天器的拉格朗日函数，推导了中心刚体加柔性附件航天器动力学模型。针对航天器大角速度，分析中心刚体角速度对角动量方程的影响，对传统动力学模型进行修正。航天器绕惯量主轴大角速度自旋仿真结果验证了修正后的动力学模型对于大角速度航天器的有效性。关键词：柔性结构；姿态控制；动力

2、学模型；航天器；大角速度中图分类号：V412．42文献标志码：ADynamicModelModificationofFlexibleSpacecraftwithLargeAngularVelocityLUOJing，CHENShi—ming，DONGYun—feng(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：TheLagrangeequationanditsquasi—coordinatefor

3、mwereappliedintotheLagrangefunctionofdynamicmodelofspacecraftwithandcentralrigidbodyandflexibleappendages，thedynamicmodelforspacecraftwithrelativelylargeangularvelocitywasderivedinthispaper．Aimtothespacecraftswithlargeangularvelocity，theimpactofthecentralrigidbody‘Sangularv

4、elocityontheflexibleappendages’angularmomentumwasanalyzed，andtheconventionaldynamicmodelwasmodified，Thenumericalsimulationandtheoreticalanalysisshowedthatthemodifieddynamicmodelwasvalidforspacecraftswithrelativelybigangularvelocity．Keywords：Flexiblestructure；Attitudecontrol

5、；Dynamicmodel；Spacecraft；Largeangularvelocity0引言现代航天器常有太阳帆板、机械臂、大型天线等大型柔性附加，柔性航天器在空间应用及空间科学研究中的作用日益突显[1]。研究发现柔性振动不仅是姿态控制的干扰，而且是受控对象的一部分，柔性附件引起广泛重视[2]。作为复杂柔性航天器的一个重要类型，中心刚体加柔性附件航天器的动力学研究有很大的学术理论意义与极高的工程实用价值口]。现代空间任务的需求正在不断提高，越来越多的空间任务需要航天器进行快速姿态机动，如姿态跟踪、再人阶段姿态调控、空间交会对接，以及飞行器

6、编队飞行等[4-5]。在这些过程中，要求航天器有较大的角速度，但传统的中心刚体加柔性附件动力收稿日期：2012—01—28；修回日期：2012—03—27作者简介：罗婧(1988一)’女，硕士生．主要研究方向为卫星姿态控制与仿真。学模型(如文献E3、6、7]采用的动力学模型)仅适于姿态稳定即角速度较小的情况，对有较大角速度的航天器不再适用。为此，本文对中心刚体加柔性附件动力学模型的修正方法进行了研究。通过数字仿真，以能量的稳定性判据分析仿真结果，对修正后的中心刚体加柔性附件动力学模型在较大角速度时的适用性进行了验证。1中心刚体加柔性附件动力学

7、模型修正中心刚体带多个柔性附件的航天器系统如图1所示。图中：B为航天器中心刚体；Bi(i=1，2，⋯，m)为一端与中心刚体相连的第i个柔性附件；X为中心刚体在惯性坐标系中矢径；f为附件i与中心刚体的铰接点至中心体质心矢径；b为附件i第k个节点至铰接点矢径；U。为附件i第志个节点的变形位移；xn为附件i第k个节点在惯性坐标系中的矢径。第30卷2013年第6期罗婧，等：大角速度柔性航天器动力学模型修正图1中心剐体加柔性附件航天器模型Fig．1Modelofspacecraftwithcentralrigidbodyandflexibleappen

8、dages系统的拉格朗日函数为L—T一∑Vd一了1支7腹文+支7∑F。。。哥。+专(∞。)TI。∞。+(ca。)T∑R。。国。。+(ca。)1∑F。。。而。：+去∑