【摘要】：隨著人類對(duì)外層空間的不斷探索、開發(fā)和利用,空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)將在航天器補(bǔ)給、維修、在軌組裝等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。開展航天器交會(huì)對(duì)接動(dòng)力學(xué)、控制和地面實(shí)驗(yàn)研究可為航天工程未來的發(fā)展提供技術(shù)支撐和理論參考。本文基于二維交會(huì)對(duì)接模型,研究了兩航天器的近程交會(huì)對(duì)接動(dòng)力學(xué)與控制問題,通過數(shù)值分析和地面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制算法驗(yàn)證,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電磁對(duì)接機(jī)構(gòu)。主要的研究內(nèi)容如下:1.考慮追蹤航天器與類矩形障礙物的避撞約束以及與心形目標(biāo)航天器的安全對(duì)接區(qū)域約束,基于勢函數(shù)方法設(shè)計(jì)了勢能控制器,通過數(shù)值仿真算例證明了該控制器的有效性。2.考慮推進(jìn)力、視場和速度約束,以及與菱形障礙物的避撞約束,利用最優(yōu)控制方法對(duì)交會(huì)對(duì)接過程進(jìn)行規(guī)劃,通過辛算法求解得到了追蹤航天器的最優(yōu)軌跡。將求解的最優(yōu)軌跡作為參考,設(shè)計(jì)了一種PD跟蹤控制器,以滿足實(shí)時(shí)反饋控制需求。3.考慮對(duì)接機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo),設(shè)計(jì)了兩種電磁對(duì)接機(jī)構(gòu)。第一種是可重復(fù)實(shí)現(xiàn)鎖緊/解鎖的空間電磁對(duì)接機(jī)構(gòu),可避免推進(jìn)劑的消耗和羽流污染,并在理論上可把碰撞速度控制到零;另一種是應(yīng)用于地面實(shí)驗(yàn)的簡易電磁對(duì)接機(jī)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)兩氣浮模擬器的對(duì)接、鎖緊。4.基于花崗巖氣浮平臺(tái)搭建了二維交會(huì)對(duì)接地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),設(shè)計(jì)并研制了兩套航天器氣浮模擬器,并在模擬器上安裝了實(shí)驗(yàn)電磁對(duì)接機(jī)構(gòu)。通過地面實(shí)驗(yàn)依次驗(yàn)證了勢能控制器和PD跟蹤控制器的有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V526;V416
【圖文】：

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論及意義，即追蹤航天器調(diào)整自身與目標(biāo)航天器的相對(duì)距離和姿態(tài)間軌道上連成一個(gè)整體。它主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面[1]：如補(bǔ)給、加注燃料等；（2）建造大型空間建筑（如空間器與著陸器的對(duì)接等。此外，在實(shí)現(xiàn)碎片清理[2-4]、維修等新一代太空任務(wù)中，空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)亦起著至關(guān)重要對(duì)接任務(wù)完成的國際空間站，圖 1.2 所示為新一代太空任

蹤航天器調(diào)整自身與目標(biāo)航天器的相對(duì)距離上連成一個(gè)整體。它主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方、加注燃料等；（2）建造大型空間建筑（如著陸器的對(duì)接等。此外，在實(shí)現(xiàn)碎片清理[2-4]代太空任務(wù)中，空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)亦起著至務(wù)完成的國際空間站，圖 1.2 所示為新一代圖 1.1 國際空間站[14]

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