發(fā)布時間：2021-04-11 14:40

　　航天器姿態(tài)和軌道運動的動力學(xué)建模與控制方法是航天任務(wù)成功與否的關(guān)鍵,隨著近年來交會對接、編隊飛行等新型航天任務(wù)的出現(xiàn),傳統(tǒng)的將姿態(tài)運動與軌道運動分開建模、獨立控制的處理模式由于無法充分考慮姿軌運動間的相互影響,已不能很好地滿足任務(wù)需求。為此,本論文以突破航天器姿態(tài)和軌道分開建模、獨立控制的傳統(tǒng)處理方式,探索航天器姿軌一體化相對運動的建模和控制的新方法為研究目的展開研究,主要內(nèi)容包括:針對航天器姿軌一體化動力學(xué)建模和跟蹤控制問題,選擇Lie群SE（3）上指數(shù)坐標(biāo)這一數(shù)學(xué)工具,以該指數(shù)坐標(biāo)描述航天器姿態(tài)和位置跟蹤誤差,考慮模型不確定性以及外部干擾等因素影響,建立了航天器姿軌一體化相對耦合動力學(xué)模型。然后基于建立的模型,設(shè)計了快速終端滑模面,提出了一般的姿軌一體化滑�？刂破骱妥赃m應(yīng)滑�？刂破�,以保證航天器完成對期望的姿軌狀態(tài)的跟蹤,其中自適應(yīng)項可以替代傳統(tǒng)滑�？刂浦械姆柡瘮�(shù)項,有效降低了系統(tǒng)抖振。采用Lyapunov方法嚴(yán)格證明了兩種控制算法均能保證閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。最后,通過數(shù)值仿真與結(jié)果分析驗證了所提出的兩種控制算法的有效性。在考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力學(xué)特性（執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝方案、輸出飽和、輸... 

【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)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
        1.1.1 課題背景
        1.1.2 研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 航天器姿態(tài)和軌道運動一體化建模方法研究現(xiàn)狀
        1.2.2 航天器姿軌一體化控制方法研究現(xiàn)狀
        1.2.3 航天器姿軌一體化軌跡優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀
        1.2.4 編隊飛行航天器姿軌一體化協(xié)同控制方法研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 航天器姿軌一體化建模與控制的相關(guān)理論基礎(chǔ)
    2.1 引言
    2.2 航天器數(shù)學(xué)模型
        2.2.1 坐標(biāo)系定義
        2.2.2 數(shù)學(xué)符號說明
        2.2.3 姿態(tài)表示方法
    2.3 非線性控制理論基礎(chǔ)
        2.3.1 穩(wěn)定性理論
        2.3.2 滑�？刂�
        2.3.3 有限時間控制
    2.4 本章小結(jié)
第3章 航天器姿軌一體化動力學(xué)建模與軌跡跟蹤控制
    3.1 引言
    3.2 航天器軌跡跟蹤系統(tǒng)姿軌一體化相對動力學(xué)模型
        3.2.1 單航天器姿軌一體化動力學(xué)模型
        3.2.2 航天器姿軌一體化相對動力學(xué)模型
    3.3 航天器姿軌一體化軌跡跟蹤控制器
    3.4 數(shù)學(xué)仿真與分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出飽和的姿軌一體化軌跡跟蹤控制
    4.1 引言
    4.2 考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力學(xué)特性的姿軌一體化相對動力學(xué)模型
    4.3 基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器的自適應(yīng)事件驅(qū)動滑�？刂破髟O(shè)計
        4.3.1 基于高階滑�？刂频臄U(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器
        4.3.2 自適應(yīng)事件驅(qū)動滑�？刂破�
    4.4 數(shù)學(xué)仿真與分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 航天器多脈沖軌道轉(zhuǎn)移的姿軌聯(lián)合控制
    5.1 引言
    5.2 問題描述
        5.2.1 脈沖推力航天器軌道動力學(xué)
        5.2.2 跟蹤航天器相對姿態(tài)動力學(xué)
        5.2.3 約束條件處理
        5.2.4 優(yōu)化目標(biāo)
    5.3 基于粒子群算法的軌道轉(zhuǎn)移優(yōu)化軌跡
        5.3.1 傳統(tǒng)的粒子群算法
        5.3.2 改進(jìn)的粒子群算法
    5.4 有限時間姿態(tài)控制器設(shè)計及穩(wěn)定性分析
    5.5 數(shù)學(xué)仿真與分析
        5.5.1 傳統(tǒng)粒子群與改進(jìn)粒子群算法的對比
        5.5.2 實際軌跡與理想軌跡的對比
    5.6 本章小結(jié)
第6章 編隊航天器姿軌一體化有限時間協(xié)同控制
    6.1 引言
    6.2 編隊航天器姿軌一體化相對動力學(xué)模型
    6.3 考慮避免碰撞的自適應(yīng)有限時間滑�？刂破髟O(shè)計
        6.3.1 自適應(yīng)有限時間控制器設(shè)計
        6.3.2 考慮避免碰撞的控制器設(shè)計
    6.4 數(shù)學(xué)仿真與分析
    6.5 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
個人簡歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于有限狀態(tài)機(jī)的交會對接飛行任務(wù)規(guī)劃方法[J]. 楊勝,王鑫哲,李蒙.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2019(09)
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[3]考慮避障的航天器編隊軌道容錯控制律設(shè)計[J]. 馬廣富,董宏洋,胡慶雷.  航空學(xué)報. 2017(10)
[4]多脈沖異面交會對接轉(zhuǎn)移軌道的優(yōu)化[J]. 劉源,葉瀟,郝勇,李玉玲.  光學(xué)精密工程. 2017(04)
[5]面向非沿跡成像的姿態(tài)跟蹤擴(kuò)展觀測器滑�？刂芠J]. 葉東,屠園園,孫兆偉.  宇航學(xué)報. 2016(06)
[6]粒子群優(yōu)化算法的性能分析和參數(shù)選擇[J]. 王東風(fēng),孟麗.  自動化學(xué)報. 2016(10)
[7]與自由翻滾目標(biāo)近距離段交會對接的相對姿軌耦合控制[J]. 姜博嚴(yán),胡慶雷,石忠,馬廣富.  宇航學(xué)報. 2014(01)
[8]帶時延和拓?fù)淝袚Q的編隊衛(wèi)星魯棒協(xié)同控制[J]. 張保群,宋申民,陳興林.  宇航學(xué)報. 2012(07)
[9]基于滾動優(yōu)化和微分Theta-D方法的快速繞飛航天器姿軌協(xié)同控制[J]. 朱志斌,李果,何英姿,魏春嶺.  宇航學(xué)報. 2012(02)
[10]有限時間控制問題綜述[J]. 丁世宏,李世華.  控制與決策. 2011(02)

博士論文
[1]航天器姿態(tài)魯棒控制方法研究[D]. 劉闖.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
[2]衛(wèi)星快速姿態(tài)機(jī)動控制方法研究[D]. 李由.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]多航天器編隊飛行分布式協(xié)同控制[D]. 鄭重.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[4]執(zhí)行器故障的航天器姿態(tài)容錯控制[D]. 肖冰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[5]航天器姿軌一體化動力學(xué)建模、控制與導(dǎo)航方法研究[D]. 王劍穎.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[6]航天器近距離運動的魯棒姿軌聯(lián)合控制[D]. 張烽.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[7]飛行器軌道交會和軌道轉(zhuǎn)移的兩點邊值問題[D]. 張剛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[8]對偶四元數(shù)導(dǎo)航算法與非線性高斯濾波研究[D]. 武元新.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005

碩士論文
[1]航天器編隊姿態(tài)協(xié)同跟蹤滑模/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[D]. 甘超.北京理工大學(xué) 2015
[2]飛行機(jī)器人軌跡跟蹤控制的幾何方法研究[D]. 史曉寧.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3131439