绳系卫星位姿耦合非线性动力学与控制

基于理论和实验彼此相互印证考核的混合研究，探索绳系卫星应用中最为关键的释放和回收阶段位姿耦合动力学及其精确控制问题。首先应用连续体力学和多体动力学等方法,建立系绳-卫星系统在多场耦合环境下的无限维-有限维相互耦合的非线性动力学模型；采用二阶伪谱法研究涉及位姿耦合的非线性最优控制问题，根据滚动时域优化思想设计反馈控制律，并通过模型预测和并行求解策略缩减计算时滞，提出高效高精度的工程控制算法；最后，依据天-地动力学相似原理设计位姿耦合的非线性动力学与控制实验系统，综合性地深入研究绳系卫星的非线性动力学与控制，力争为我国绳系卫星的进一步发展和应用提供关键技术。

基于理论、计算与实验密切结合的混合模式，研究了绳系卫星位姿耦合动力学及其精确控制问题。已按计划开展项目研究，主要成果如下：考虑圆轨道上带可控机械臂绳系卫星的面内运动，利用张力控制和调整机械臂转角实现了子星的释放和姿态控制；对椭圆轨道上带可控机械臂绳系卫星的面内运动做了进一步分析，发现引入偏置机构可提高绳系航天器面内运动发散的轨道偏心率门槛值；研究了绳系卫星系统因面内系绳弹性和俯仰运动相耦合而引起的非线性内共振问题，分析了可能发生的内共振条件和特征；考虑子卫星姿态影响，通过数值仿真和地面实验方法研究了绳系卫星的拟周期运动；对状态保持阶段短绳系子星的非线性共振行为进行了分析，导出的渐近解与原系统数值解吻合良好，发现系统非线性共振表现为平衡位置附近准周期运动和准周期振动共存的现象。