【摘要】：作為高新技術(shù)最為集中的,產(chǎn)業(yè)溢出效應(yīng)最強(qiáng)的領(lǐng)域,空間技術(shù)一直是人們研究的熱點(diǎn)。近年來,隨著空間飛行任務(wù)的日益復(fù)雜和多樣化,愈來愈多的場景需要多個(gè)飛行器協(xié)作完成空間任務(wù)。而對(duì)于多飛行器協(xié)同任務(wù)開展,飛行器自主交會(huì)對(duì)接則是一項(xiàng)需要重點(diǎn)攻關(guān)的技術(shù)。交會(huì)對(duì)接任務(wù)除了要求飛行器有足夠的機(jī)動(dòng)能力外,還必須考慮對(duì)接操作的安全性能。為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,提高系統(tǒng)的魯棒性和安全性,本文引入混合系統(tǒng)控制思想來解決交會(huì)對(duì)接任務(wù)規(guī)劃的問題。首先,把飛行器的交會(huì)對(duì)接過程分為以下四個(gè)主要階段:1)遠(yuǎn)程交會(huì)段;2)近程交會(huì)段;3)對(duì)接階段;和4)停靠階段。定義了二體模型下的軌道約束,建立了各項(xiàng)約束下的飛行器交會(huì)對(duì)接相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型。推導(dǎo)并建立了基于角度測量的動(dòng)力學(xué)模型,建立了基于角度和距離雙重測量下的動(dòng)力學(xué)模型。其次,鑒于每個(gè)階段的約束不同,測量設(shè)備的范圍有限和任務(wù)種類的不同,每個(gè)階段具有不同的操作模式。本文引入混合系統(tǒng)的控制技術(shù),根據(jù)上述四個(gè)階段的需求屬性,分別設(shè)計(jì)了能夠處理各階段任務(wù)的獨(dú)立控制器,提出了一個(gè)混合監(jiān)督器,協(xié)調(diào)這四個(gè)獨(dú)立控制器完成整個(gè)任務(wù)。然后,本文分別對(duì)2DOF和3DOF下的交會(huì)對(duì)接任務(wù),進(jìn)行了詳細(xì)分析,提出了滿足各個(gè)階段約束,且魯棒的控制算法。在MATLAB中,對(duì)不同約束下的控制算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。而后在飛行器制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制飛行軟件系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這種混合控制算法。得到的混合系統(tǒng)在環(huán)高保真仿真環(huán)境中進(jìn)行測試和驗(yàn)證,所得的規(guī)劃軌跡與仿真結(jié)果是相似的,可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成交會(huì)對(duì)接任務(wù)。最后,本文利用混合系統(tǒng)的典型驗(yàn)證系統(tǒng)C2E2、SDVTool和SpaceEx平臺(tái),驗(yàn)證了所提出的交會(huì)對(duì)接混合算法的安全性。本文提出了一種新型的監(jiān)督(混合)控制算法,用于飛行器的自主交會(huì)對(duì)接任務(wù)。與之前的交會(huì)對(duì)接算法使用的地面控制切換或預(yù)定控制切換方法相比,本文提出的算法可根據(jù)飛行器的飛行狀態(tài)實(shí)時(shí)確認(rèn)交會(huì)對(duì)接所處的階段,自動(dòng)選擇當(dāng)前階段的控制器模式。在高保真環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)表明,該交會(huì)對(duì)接混合控制算法可實(shí)現(xiàn)交會(huì)規(guī)劃任務(wù),混合系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該混合控制算法具有安全性和魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O221;V526
【圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文會(huì)段和交會(huì)�？慷危ㄈ缦挛闹袌D片 1 -1所示）。在遠(yuǎn)程交會(huì)段中，地面斷向追蹤飛行器發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)，追蹤飛行器通常都會(huì)進(jìn)行多次，直到追蹤飛行器的星敏感器成功捉捕到目標(biāo)飛行器為止，然后利用器傳回的相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行分析，然后再向追蹤飛行器發(fā)出近程制信息。在近程交會(huì)段中，飛行器將使用自己的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軌道的并逐漸接近目標(biāo)飛行器。這一階段是為了做好交會(huì)�？慷蔚臏�(zhǔn)備，這尋的階段，在近程交會(huì)階段一般還會(huì)存在一個(gè)接近段，是為逐步慢慢行器，這一階段的工作會(huì)具體落實(shí)到確認(rèn)起始位置、起始速度、起始為最終的交會(huì)停靠段做充分準(zhǔn)備。在交會(huì)停靠段中，飛行器的控制系定各個(gè)方面的輸出控制指令，例如飛行器的速度轉(zhuǎn)變、位置變化以及速度變化等等，這確保了它以恰當(dāng)?shù)乃俣群徒撬俣鹊竭_(dá)預(yù)期位置，從任務(wù)。飛行器的交會(huì)對(duì)接中的交會(huì)�？慷蔚目刂瞥３Ｊ侵攸c(diǎn)環(huán)節(jié)。

圖 2-1 二體模型示意圖-1）中的矢量關(guān)系，可得：rrc er中，整理可得：rmmmrrmmmrcecpceep ecrr二次導(dǎo)數(shù)，結(jié)合牛頓第二定律以及萬有引力定03c rrGmmre（）

第二章 飛行器自主交會(huì)的動(dòng)力學(xué)模型距要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這兩個(gè)飛行器與地球中心之間的距離，對(duì)模型進(jìn)行建模，該坐標(biāo)系有利于分析飛行器的相對(duì)式（ 2 -5）對(duì)（目標(biāo)飛行器—地球）、（追蹤飛行器—地體模型建模分析，并且基于目標(biāo)飛行器建立希爾坐標(biāo)為希爾坐標(biāo)系的原點(diǎn)；地球質(zhì)心指向目標(biāo)飛行器矢量 r希爾坐標(biāo)系的 y 軸是目標(biāo)飛行器運(yùn)動(dòng)軌道的切向方向，內(nèi)，且與希爾坐標(biāo)系的 x 軸相垂直，規(guī)定目標(biāo)飛行器向；而希爾坐標(biāo)系的 z 軸與軌道表面相垂直，且與 x

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2791598