航天器編隊在完成諸如在軌服務(wù),空間觀測等快速響應(yīng)復(fù)雜任務(wù)時,需要進(jìn)一步研究更先進(jìn)的控制方法來獲得預(yù)期的控制性能,保證任務(wù)的高質(zhì)量完成。同時隨著航天事業(yè)的高速發(fā)展,在軌服務(wù)的衛(wèi)星數(shù)量逐漸增加,航天器編隊軌道控制中的飛行安全問題日益突出。基于以上背景,本論文針對運載火箭到達(dá)預(yù)定軌道并釋放多顆微納衛(wèi)星后的構(gòu)型初始化和構(gòu)型保持兩個階段,考慮微納衛(wèi)星編隊軌道控制性能的提升,燃料消耗等性能指標(biāo)優(yōu)化,防碰撞制導(dǎo)以及快速機動響應(yīng)等背景需求,主要研究內(nèi)容如下:針對滑模抖振影響控制精度和控制器性能的問題,本文對比標(biāo)準(zhǔn)的SuperTwisting(ST),引入線性補償項得到改進(jìn)的Super-Twisting(AST)二階滑�？刂破�,提高控制器動態(tài)性能。進(jìn)一步考慮到微納衛(wèi)星燃料優(yōu)化問題,提出了將逆最優(yōu)控制與二階滑�？刂葡嘟Y(jié)合的逆最優(yōu)二階滑模控制器,優(yōu)化控制過程中的燃料消耗指標(biāo)。基于自適應(yīng)控制理論設(shè)計了新的二階終端滑�？刂破�(SOTSMC)解決微納衛(wèi)星系統(tǒng)存在不確定性時的控制問題。然后將人工勢函數(shù)制導(dǎo)與自適應(yīng)二階終端滑�？刂葡嘟Y(jié)合,設(shè)計控制器使編隊在實現(xiàn)目標(biāo)追蹤、構(gòu)型初始化和構(gòu)型重構(gòu)等任務(wù)的同時具有障礙規(guī)避的能力。結(jié)合預(yù)設(shè)性能方法分別給出了基于齊次理論的魯棒自適應(yīng)二階滑�？刂破�(SOSMC)和基于反步法(Backstepping)的魯棒控制器,使航天器編隊中的相對軌道動力學(xué)系統(tǒng)的跟蹤誤差具有期望的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。本文進(jìn)一步綜合考慮位置跟蹤誤差和速度跟蹤誤差兩個狀態(tài)量,采用二階滑模方法實現(xiàn)全狀態(tài)預(yù)設(shè)性能約束控制。最后利用三軸臺進(jìn)行實物試驗,驗證并分析以上所設(shè)計的部分控制器性能。結(jié)合數(shù)值仿真對比分析得知,AST控制器和基于反步法的魯棒預(yù)設(shè)性能控制器具有較好的工程實用性和可靠性,傳統(tǒng)一階滑�？梢詫崿F(xiàn)避障導(dǎo)航。而其余兩個自適應(yīng)二階滑�？刂破饔捎谟布䲢l件限制,以及控制器中自適應(yīng)環(huán)節(jié),積分環(huán)節(jié)帶來的控制量誤差積累等問題,實際應(yīng)用到工程中還需進(jìn)一步改善。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V448.2
【部分圖文】：

億美元的1000多個微小型衛(wèi)星運送至太空。如圖1-2所示，預(yù)計在2022年，衛(wèi)星年發(fā)射量最大將達(dá)到575顆[1]。表1-1列出了衛(wèi)星分類與研制成本。圖1-2每年衛(wèi)星已發(fā)射量和未來幾年預(yù)測發(fā)射量表1-1衛(wèi)星分類與成本衛(wèi)星分類 質(zhì)量范圍(kg)成本(百萬美元)大中型衛(wèi)星>500 >50小型衛(wèi)星[100,500] [6,50]微納衛(wèi)星[1,100] [0.3,6]皮衛(wèi)星[0.1,10] <0.32015年9月20日，我國的“長征六號”新一代運載火箭在在太原首次發(fā)射，首飛任務(wù)中實現(xiàn)一箭多星，將多數(shù)為微納衛(wèi)星20顆衛(wèi)星送入524 km高的地球軌道，其中“紫丁香二號”（如圖1-3所示）是我國首顆由高校學(xué)生（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）自主開發(fā)，設(shè)計研制與管控的納衛(wèi)星[2]。圖1-3紫丁香二號2018年4月26日12時42分

紫丁香二號”（如圖1-3所示）是我國首顆由高校學(xué)生（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）自主開發(fā)，設(shè)計研制與管控的納衛(wèi)星[2]。圖1-3紫丁香二號2018年4月26日12時42分，由哈工大聯(lián)合歐比特公司研制的“珠海一號”02組（如圖1-4所示）共計5顆衛(wèi)星，由長征十一號運載火箭以“一箭五星”02004006008002019 2020 2021 2022預(yù)計發(fā)射量 最大發(fā)射潛力

號”02組（如圖1-4所示）共計5顆衛(wèi)星，由長征十一號運載火箭以“一箭五星”02004006008002019 2020 2021 2022預(yù)計發(fā)射量 最大發(fā)射潛力

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本文編號：2811749