Dynamics and Control of Electrodynamic Tether Systems
电动系绳系统的动力学和控制
基本信息
- 批准号:341917-2013
- 负责人:
- 金额:$ 2.33万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2017
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2017-01-01 至 2018-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Electrodynamic tethers (EDTs) are an innovative approach to generate propulsion for boost and deorbit maneuver and electricity onboard spacecraft without consuming propellant. Over the past five decades, 12 out of 26 orbital and suborbital tether missions flew with EDTs. However, the system is prone to the long-term instability caused by the time-varying excitation of Lorentz force. Thus, a thorough understanding of the long-term dynamic stability of an EDT system is essential for its useful application in space. In spite of great achievements in the EDT theory and electrodynamic tethered systems, a number of interesting challenges still exists in the fundamentals of coupled EDT dynamics and long-term dynamic stability. Therefore, the objectives of this discovery program are to systematically study the coupled electro-mechanical dynamics and optimal control of the long-term stability of EDT systems. In this new approach, we will formulate a multiphysics model of dynamics of a bare and flexible EDT coupled with electricity generation by orbit motion limited theory. Based on the new multiphysics model, the parameters of EDT systems will be optimized by applying multiobjective optimization procedure for (a) fastest time in boost or deorbit maneuver or (b) maximum energy generation for given payloads onboard spacecraft, while minimizing the EDT length and end masses. The long-term dynamic stability of an EDT system will be achieved by finding an optimal balance between a stable oscillation of a time-varying EDT system and given mission objectives using the nonlinear-programming optimization procedure and the robust finite receding horizon control theory. Finally, ground testing will be conducted to validate the dynamics and control strategy. The outcome of the proposed research program will be (i) a high-fidelity multiphysics EDT model essential for EDT systems, (ii) a robust optimal control algorithm, and (iii) training of 14 HQP in an interdisciplinary and collaborative environment. It will advance our knowledge in new propulsion or power generation for future space exploration and enhance the competitiveness of Canadian space industry.
电动系绳 (EDT) 是一种创新方法,可在不消耗推进剂的情况下产生用于助推和脱轨机动的推进力以及航天器上的电力。在过去的 50 年里,26 次轨道和亚轨道系链任务中有 12 次使用 EDT 进行飞行。然而,系统容易因洛伦兹力的时变激励而导致长期不稳定。因此,深入了解 EDT 系统的长期动态稳定性对于其在太空中的有用应用至关重要。尽管 EDT 理论和电动系留系统取得了巨大成就,但耦合 EDT 动力学和长期动态稳定性的基础知识仍然存在许多有趣的挑战。因此,该发现计划的目标是系统地研究 EDT 系统的耦合机电动力学和长期稳定性的最优控制。在这种新方法中,我们将通过轨道运动有限理论制定一个裸露且灵活的 EDT 动力学与发电耦合的多物理场模型。基于新的多物理场模型,EDT系统的参数将通过应用多目标优化程序来优化(a)助推或脱轨机动的最快时间或(b)航天器上给定有效载荷的最大能量生成,同时最小化EDT长度和结束群众。 EDT系统的长期动态稳定性将通过使用非线性规划优化程序和鲁棒有限后退视界控制理论在时变EDT系统的稳定振荡与给定任务目标之间找到最佳平衡来实现。最后,将进行地面测试以验证动力学和控制策略。拟议研究计划的成果将是 (i) EDT 系统必需的高保真多物理场 EDT 模型,(ii) 稳健的最优控制算法,以及 (iii) 在跨学科和协作环境中对 14 个 HQP 进行培训。它将提高我们在未来太空探索的新推进或发电方面的知识,并增强加拿大航天工业的竞争力。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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