針對(duì)空間非合作目標(biāo)接近任務(wù)的動(dòng)態(tài)時(shí)變、多約束、位姿耦合、不確定性較大等特點(diǎn),同時(shí)考慮機(jī)動(dòng)過程制導(dǎo)與控制自主性、快速性和魯棒性的需求,本文對(duì)近距離接近的位姿同步規(guī)劃與控制方法進(jìn)行研究,主要圍繞復(fù)雜約束處理、性能指標(biāo)選取及在線應(yīng)用可行性等問題展開深入探討,具體內(nèi)容包括:分析非合作目標(biāo)近距離接近的任務(wù)特性,對(duì)位姿系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、傳感器指向、機(jī)動(dòng)安全性、控制能力受限、�？繉�(duì)接條件等約束進(jìn)行數(shù)學(xué)描述,綜合考慮機(jī)動(dòng)過程的能量消耗、目標(biāo)視線角偏差、飛行時(shí)間等性能,構(gòu)建了多約束下的位姿同步規(guī)劃問題,并基于偽譜法進(jìn)行了求解。結(jié)果表明,偽譜法能夠獲得滿足多約束條件的位姿同步機(jī)動(dòng)軌跡,但在時(shí)間-最優(yōu)規(guī)劃求解中存在較大的視場(chǎng)角約束違反風(fēng)險(xiǎn),而加入視線角偏差的復(fù)合性能指標(biāo)可有效緩解這一現(xiàn)象;此外,不同算例的計(jì)算性能評(píng)估結(jié)果表明,偽譜法的求解耗時(shí)起伏較大,對(duì)近距離接近動(dòng)態(tài)時(shí)變工況的適應(yīng)性不足。考慮快速穩(wěn)定的在線求解需求,基于初值敏感度低、全局收斂保證的凸規(guī)劃方法研究近距離接近的位姿同步規(guī)劃問題。針對(duì)問題中的非凸約束,首先推導(dǎo)了修正羅德里格參數(shù)形式的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)凸化模型用于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的仿射松弛;然后分別利用二階錐近似、旋轉(zhuǎn)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 交會(huì)與接近操作相關(guān)演示任務(wù)
        1.2.2 非合作目標(biāo)交會(huì)與接近研究進(jìn)展
        1.2.3 航天器多約束軌跡規(guī)劃方法
        1.2.4 模型預(yù)測(cè)控制在航天系統(tǒng)中的應(yīng)用
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 近距離接近位姿同步規(guī)劃問題及偽譜法求解
    2.1 引言
    2.2 位姿動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)
        2.2.1 坐標(biāo)系定義
        2.2.2 質(zhì)心相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型
        2.2.3 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模型
    2.3 近距離接近最優(yōu)控制問題
        2.3.1 路徑約束
        2.3.2 邊界條件
        2.3.3 性能指標(biāo)
    2.4 利用Radau偽譜法的位姿同步規(guī)劃
        2.4.1 Radau偽譜法基本原理
        2.4.2 仿真設(shè)置
        2.4.3 仿真結(jié)果與分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 固定時(shí)間能量最優(yōu)問題的序列凸規(guī)劃
    3.1 引言
    3.2 模型線性化與離散化
        3.2.1 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程線性化
        3.2.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)離散化
    3.3 路徑約束凸化
        3.3.1 視場(chǎng)角約束凸化
        3.3.2 障礙區(qū)域近似
        3.3.3 控制約束凸化
    3.4 序列凸規(guī)劃方法
        3.4.1 松弛的最優(yōu)控制問題
        3.4.2 信賴域約束
        3.4.3 最優(yōu)性條件
        3.4.4 凸化子問題
        3.4.5 算法描述
    3.5 數(shù)值仿真與分析
        3.5.1 仿真條件
        3.5.2 結(jié)果與分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 復(fù)合性能指標(biāo)的位姿同步序列凸規(guī)劃
    4.1 引言
    4.2 固定時(shí)間能量-視線角復(fù)合指標(biāo)問題
        4.2.1 視線角指標(biāo)的凸化
        4.2.2 能量-視線角復(fù)合指標(biāo)凸化子問題
    4.3 自由終端時(shí)間問題
        4.3.1 獨(dú)立變量替換
        4.3.2 時(shí)間歸一化系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的凸化
        4.3.3 虛擬控制變量
        4.3.4 時(shí)間最優(yōu)凸化子問題
        4.3.5 自由終端時(shí)間的復(fù)合指標(biāo)凸化子問題
    4.4 自由終端時(shí)間問題的改進(jìn)序列凸化方法
        4.4.1 改進(jìn)序列凸規(guī)劃算法
        4.4.2 非凸原問題的松弛及凸化
        4.4.3 最優(yōu)性條件
        4.4.4 收斂性分析
    4.5 數(shù)值仿真與分析
        4.5.1 能量-視線角復(fù)合指標(biāo)規(guī)劃算例
        4.5.2 時(shí)間最優(yōu)規(guī)劃算例
        4.5.3 時(shí)間-視線角復(fù)合性能規(guī)劃算例
    4.6 本章小結(jié)
第5章 基于序列凸規(guī)劃的近距離接近位姿控制
    5.1 引言
    5.2 基于雙滑模面的位姿軌跡跟蹤控制
        5.2.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤控制
        5.2.2 姿態(tài)狀態(tài)跟蹤控制
    5.3 利用在線序列凸規(guī)劃的滾動(dòng)時(shí)域控制
        5.3.1 滾動(dòng)時(shí)域控制框架
        5.3.2 在線規(guī)劃子問題
        5.3.3 穩(wěn)定性及可行性分析
    5.4 算例仿真與分析
        5.4.1 仿真設(shè)置
        5.4.2 雙滑模面跟蹤控制仿真分析
        5.4.3 滾動(dòng)時(shí)域控制仿真分析
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3043566