项目名称: 星间可控磁场力作用的动力学守恒特性与相对平衡态研究

项目编号: No.11502287

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张元文

作者单位: 中国人民解放军国防科技大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 星间可控磁场力作用不消耗推进剂,无羽流污染,具有非接触、连续、可逆及同步控制能力,为航天器相对运动控制提供了一种全新思路与方法,在深空探测、在轨组装与服务等领域应用前景广阔。星间可控磁场力作用的航天器相对运动已得到一定研究,但尚未见到对其作用固有特性及控制利用的系统性研究,对星间可控磁场力作用本身的潜力挖掘不够。基于此,本项目瞄准星间可控磁场力作用的动力学守恒特性及相对平衡态两大问题,开展线动量/角动量/机械能守恒特性,动力学守恒约束下航天器绝对轨道/相对运动演变规律,地球引力场、地磁场以及星间可控电磁场耦合作用的六自由度相对平衡态,相对平衡态的稳定性与可控性,相对平衡态转换的流形设计与磁偶极子求解等研究。通过本项目研究,奠定利用星间可控磁场力作用特性开展动力学分析与控制设计的基础,为发展采用星间可控磁场力作用的新型航天器和空间任务提供科学依据。

中文关键词: 非线性系统;鲁棒性;稳定控制;控制器设计

英文摘要: Actuation of the inter-craft controllable magnetic field force not only consumes no propellant and produces no plume contamination, but also has non-contacting, continuous, reversible and synchronous control capability, which would provide novel ideas and corresponding approaches to spacecraft relative motion control, having wide application prospect in fields of deep-space exploration, on-orbit assembly and servicing activities. Although the spacecraft relative motion actuated by the inter-craft controllable magnetic field force has been studied to a certain extent, its intrinsic characteristics and control application have not been systematically investigated, which means that the exploitation of the inter-craft controllable magnetic field force isn’t enough. Therefore, this program concentrates on the two key issues of dynamics conservation and relative equilibria, and studies conservation characteristics of linear momentum, angular momentum and mechanical energy, the evolutive laws of spacecraft absolute orbit and relative motion with dynamics conservation, the 6-DOF relative equilibria considering the coupled actuations of the Earth’s gravitational force field, the Earth’s magnetic field and the inter-craft controllable electromagnetic field, the stability and controllability of the resulting relative equilibria, the manifolds design and the magnetic dipole solution for the relative equilibria transformation. In a word, this program tries to set the stage for dynamics analysis and controller design by exploiting the intrinsic characteristics of the actuation of inter-craft controllable magnetic field force, and provide scientific validation for novel spacecraft design and space exploration missions enabled by this inter-craft controllable magnetic field force.

英文关键词: Nonlinear system;Robustness;Stability control;Controller design

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