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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:李庆军,邓子辰.空间太阳能电站及其动力学与控制研究进展[J].哈尔滨工业大学学报,2018,50(10):1.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201809129
LI Qingjun,DENG Zichen.Review on space solar power stations and their dynamics and control[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2018,50(10):1.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201809129
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空间太阳能电站及其动力学与控制研究进展
李庆军,邓子辰
(西北工业大学 力学与土木建筑学院,西安 710072)
摘要:
太阳能是丰富、清洁、可再生的能源,其大规模开发有望缓解世界能源短缺和环境污染问题.由于太空中太阳能的能量密度高、不受天气和昼夜的影响,在太空中建造太阳能发电站是未来进行大规模太阳能发电的重要手段.然而,由于空间太阳能电站超大、超柔、长时间运行、需要高精度指向等特点,使得其动力学与控制问题成为学术界和工程界共同面临的难题.为了加深对空间太阳能电站及其动力学与控制的认识,简要介绍了空间太阳能电站的提出背景,回顾了空间太阳能电站的发展历程,综述了目前国内外主要的空间太阳能电站概念设计方案.最后总结了空间太阳能电站在轨服役阶段的动力学建模方法、复杂太空环境影响分析、数值仿真分析、轨道与姿态控制和结构振动控制等研究现状.研究表明,目前对空间太阳能电站动力学与控制的研究仍然处于起步阶段,其动力学模型主要集中在刚体、梁、板等简单的动力学模型,缺少更能真实反映空间太阳能电站在复杂太空环境下动力学行为的模型.在控制方面,目前的研究主要对空间太阳能电站的轨道、姿态和结构振动分别进行控制,忽略了三者之间的耦合影响,而进行轨道-姿态-结构振动协调控制的研究尚不充分.基于此给出了几点空间太阳能电站动力学与控制未来的发展方向.
关键词:  空间太阳能电站  太阳能发电卫星  大型空间结构  太空环境  动力学与控制  姿轨耦合  振动控制
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201809129
分类号:V4765
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(11432010)
Review on space solar power stations and their dynamics and control
LI Qingjun,DENG Zichen
(School of Mechanics, Civil Engineering and Architecture, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)
Abstract:
Solar energy is a kind of rich, clean, and renewable energy, which has the potential to alleviate the energy crisis and environmental problems of the world. Due to the high energy density in space without the influence of weather and nighttime, an important way to obtain large amounts of solar energy in the future is to construct space solar power stations (SSPSs). However, the dynamics and control of the SSPSs are challenges to scientists and engineers, because SSPSs are ultra-large and ultra-flexible spacecraft that operate for decades with accurate attitude pointing requirement. The main purpose of this paper is to review the main results on conceptual designs, dynamics, and control of SSPSs. Firstly, the background and development history of SSPSs were briefly introduced. Meanwhile, the main conceptual designs of SSPSs were summarized. Then, the dynamic and control studies of SSPSs during their serving period were outlined, including dynamic modelling methods, effects of space perturbations, numerical simulation methods, orbital and attitude control, and structural vibration control. It is found that the studies of dynamics and control of SSPSs are still at the initial stage. The previous researches mainly focused on the simplified dynamic models of the SSPSs, such as rigid bodies, beams, and plates. Another focus is on the control of orbit, attitude, or structural vibration of SSPSs separately, despite the coupling effects among them. Nevertheless, the coupled orbit-attitude-structure models in space environment and coordinated orbit-attitude-structure control still need further developments. Finally, some future directions on dynamics and control of SSPSs were given.
Key words:  space solar power station  solar power satellite  large space structure  space environment  dynamics and control  orbit attitude coupled analysis  vibration control

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