一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法技术

一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，属于卫星无拖曳控制技术领域，首先假设负刚度力零位与测量零位重合，便于建立位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程、简化的各轴通用的动力学方程、退化的切换动力学方程；位移模式无拖曳控制系统最大推力加速度、负刚度系数及机械限位三个参数之间需要满足一个约束关系式，这是这类系统应当满足的基本动力学协调条件；通过求解切换动力学方程在相轨迹图中的四条渐近线形成容许的初始状态棱形区域，形象地给出了无拖曳推力器最大推力不足时的位移模式无拖曳控制让步动力学协调条件。

【技术实现步骤摘要】
一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法
本专利技术涉及一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，属于卫星无拖曳控制

技术介绍
无拖曳控制技术是重力场测量卫星、引力波探测卫星及等效原理检验卫星控制
的关键技术。按控制目标的不同，无拖曳控制区分为加速度模式无拖曳控制与位移模式无拖曳控制两类。位移模式无拖曳控制要求通过推力连续可调的推力器，将星上惯性传感器中的检验质量控制在其电极笼内标称位置附近很小的变化范围之内。检验质量相对于该标称位置的位移对应的加速度是其受到静电偏压负刚度力与卫星受到大气阻力、太阳光压力及推力器推力共同作用的结果。检验质量的相对位移一般在电极笼内通过机械限位装置被限位于指定的最大正、负位移之间。在某无拖曳试验卫星控制方案研究中发现，位移模式无拖曳控制系统上述特征要求其负刚度系数、机械限位及推力最大值三者之间存在互相约束。例如，如果推力最大值过小，将导致相对位移控制响应的过渡过程时间太长，甚至根本不具备将检验质量从某些恶劣初始条件控制回到标称位置的能力。在后一个可能后果情形，惯性传感器则必须自行建立适当的相对位移与相对速度初值条件，位移模式无拖曳控制才能正常启动并发挥作用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，首先假设负刚度力零位与测量零位重合，便于建立位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程、简化的各轴通用的动力学方程、退化的切换动力学方程；位移模式无拖曳控制系统最大推力加速度、负刚度系数及机械限位三个参数之间需要满足一个约束关系式，这是这类系统应当满足的基本动力学协调条件；通过求解切换动力学方程在相轨迹图中的四条渐近线形成容许的初始状态棱形区域，形象地给出了无拖曳推力器最大推力不足时的位移模式无拖曳控制让步动力学协调条件。此外在实际工程的复杂环境下，本专利技术方法还能利用牵连加速度、推力噪声、推进时间常数、负刚度力零位偏差对棱形区域进行修正，使位移模式无拖曳控制让步动力学协调条件更加适用。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，包括如下步骤：S1、假设负刚度力零位与测量零位重合，建立切换动力学方程；S2、在激励无切换条件下，求解切换动力学方程在相轨迹图中的四条渐近线；所述四条渐近线交叉后形成一个棱形区域；S3、位移模式无拖曳控制动力学协调条件至少为以下两种之一：基本动力学协调条件：无拖曳推力器最大推力，比，卫星质量、负刚度系数、机械限位尺寸的乘积大；让步动力学协调条件：无拖曳控制自由度的初始状态相点须在所述棱形区域内。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，S2中，根据切换动力学方程的解定义特征位移，根据太阳光压力和大气阻力、牵连加速度、推力噪声对特征位移进行修正，利用修正后的特征位移对S3中的棱形区域进行修正。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，S2中，根据切换动力学方程的解定义特征位移，根据推进时间常数对特征位移进行修正，利用修正后的特征位移对S3中的棱形区域进行修正；或者；S3中所述的棱形区域所选用的初始位移与初始速度的对应时刻取无拖曳推力器实际输出推力首次达到最大值的时刻。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，当负刚度力零位与测量零位不重合时，利用负刚度力零位偏差对S2中所述的棱形区域进行移位。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，S1中，假设负刚度力零位与测量零位重合，建立位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程；利用位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程获得切换动力学方程。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，对位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程简化后获得各轴通用动力学方程，对各轴通用动力学方程退化后获得切换动力学方程。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，忽略惯性传感器负刚度系数、大气阻力及太阳光压合力加速度以外的影响因素，对位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程简化后获得各轴通用动力学方程。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，基于位移模式无拖曳控制的执行机构配置的最大推力远远大于大气阻力与太阳光压力的合力，对各轴通用动力学方程退化后获得切换动力学方程。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，根据激励的方向，求解切换动力学方程在相轨迹图中的四条渐近线。上述位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，优选的，基本动力学协调条件：无拖曳推力器最大推力，比，卫星质量、负刚度系数、机械限位尺寸的乘积大一个数量级及以上。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：(1)本专利技术方法给出了考虑质心偏差及姿态影响的位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程；(2)本专利技术方法给出了不考虑质心偏差及姿态影响的简化的各轴通用的动力学方程；(3)本专利技术方法给出了仅考虑静电负刚度力加速度及推力加速度的退化的切换动力学方程；(4)本专利技术方法给出了切换动力学方程在激励无切换情形的解析解、相轨迹、渐近线与特殊状态点；(5)本专利技术方法给出了位移模式无拖曳控制退化的切换动力学系统的7个特殊相点、全局相轨迹及动力学协调条件；(6)本专利技术方法给出了考虑各种复杂工程因素情形运用棱形区条件时的修正策略。附图说明图1为本专利技术方法的步骤流程图。图2为卫星及其惯性传感器电极笼内检验质量的受力示意图。图3为位移模式无拖曳系统退化的切换动力学系统全局相轨迹示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，包括如下步骤：S1、假设负刚度力零位与测量零位重合，建立位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程；忽略惯性传感器负刚度系数、大气阻力及太阳光压合力加速度以外的影响因素，对位移模式单自由度无拖曳控制动力学方程简化后获得各轴通用动力学方程，基于位移模式无拖曳控制的执行机构配置的最大推力远远大于大气阻力与太阳光压力的合力，对各轴通用动力学方程退化后获得切换动力学方程；S2、在激励无切换条件下，根据激励的方向，求解切换动力学方程在相轨迹图中的四条渐近线；所述四条渐近线交叉后形成一个棱形区域；S3、位移模式无拖曳控制动力学协调条件至少为以下两种之一：基本动力学协调条件：无拖曳推力器最大推力，比，卫星质量、负刚度系数、机械限位尺寸的乘积大；让步动力学协调条件：无拖曳控制自由度的初始状态相点须在所述棱形区域内。进一步的，基本动力学协调条件为：无拖曳推力器最大推力，比，卫星质量、负刚度系数、机械限位尺寸的乘积大一个数量级及以上。S2中，根据切换动力学方程的解定义特征位移，根据太阳光压力和大气阻力、牵连加速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、假设负刚度力零位与测量零位重合，建立切换动力学方程；/nS2、在激励无切换条件下，求解切换动力学方程在相轨迹图中的四条渐近线；所述四条渐近线交叉后形成一个棱形区域；/nS3、位移模式无拖曳控制动力学协调条件至少为以下两种之一：/n基本动力学协调条件：无拖曳推力器最大推力，比，卫星质量、负刚度系数、机械限位尺寸的乘积大；/n让步动力学协调条件：无拖曳控制自由度的初始状态相点须在所述棱形区域内。/n

【技术特征摘要】
1.一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、假设负刚度力零位与测量零位重合，建立切换动力学方程；
S2、在激励无切换条件下，求解切换动力学方程在相轨迹图中的四条渐近线；所述四条渐近线交叉后形成一个棱形区域；
S3、位移模式无拖曳控制动力学协调条件至少为以下两种之一：
基本动力学协调条件：无拖曳推力器最大推力，比，卫星质量、负刚度系数、机械限位尺寸的乘积大；
让步动力学协调条件：无拖曳控制自由度的初始状态相点须在所述棱形区域内。


2.根据权利要求1所述的一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，其特征在于，S2中，根据切换动力学方程的解定义特征位移，根据太阳光压力和大气阻力、牵连加速度、推力噪声对特征位移进行修正，利用修正后的特征位移对S3中的棱形区域进行修正。


3.根据权利要求1所述的一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，其特征在于，S2中，根据切换动力学方程的解定义特征位移，根据推进时间常数对特征位移进行修正，利用修正后的特征位移对S3中的棱形区域进行修正；或者；S3中所述的棱形区域所选用的初始位移与初始速度的对应时刻取无拖曳推力器实际输出推力首次达到最大值的时刻。


4.根据权利要求1所述的一种位移模式无拖曳控制动力学协调条件确定方法，其特征在于，当负刚度力零位与测量零位不重合时，利用负刚度力零位偏差对S2中所述的棱形区域进行移位。

【专利技术属性】
技术研发人员：苟兴宇，邹奎，王丽娇，李明群，蒋庆华，王绍凯，李鹤，李声涛，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11