本文關(guān)鍵詞：在軌服務(wù)航天器魯棒自主交會(huì)與姿態(tài)跟蹤控制方法

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【摘要】：隨著空間技術(shù)的迅猛發(fā)展,世界各國的航天器構(gòu)造越來越復(fù)雜,成本也越來越昂貴。為了縮減航天器制造、發(fā)射和在軌運(yùn)行的開支,同時(shí)延長(zhǎng)在軌服務(wù)航天器的壽命,在軌組裝維護(hù)修復(fù)、燃料加注、功能更換和升級(jí)等高新技術(shù)得到越來越多的關(guān)注和研究。當(dāng)前各航天強(qiáng)國都已把發(fā)展在軌服務(wù)技術(shù)、構(gòu)建在軌服務(wù)體系作為本國空間技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的核心任務(wù)。本課題針對(duì)在軌服務(wù)中航天器自主交會(huì)對(duì)接過程中的軌道機(jī)動(dòng)問題進(jìn)行深入分析和研究,提出在軌服務(wù)自主交會(huì)各個(gè)階段的魯棒控制及軌道確定方法。針對(duì)近距離導(dǎo)引段的機(jī)動(dòng)控制,提出一種采用中長(zhǎng)周期從測(cè)量設(shè)備向控制器發(fā)送軌道測(cè)量信息的機(jī)制,考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飽和非線性、推力受限以及航天器燃料受限等因素,研究基于中長(zhǎng)周期信號(hào)的近距離導(dǎo)引段的多目標(biāo)控制律設(shè)計(jì)策略。針對(duì)相對(duì)位置保持階段,考慮控制力矩受限、空間干擾力矩、燃料最優(yōu)以及H∞性能指標(biāo)等約束的控制問題,將相對(duì)位置保持問題描述為一個(gè)線性系統(tǒng)的輸出跟蹤控制問題,提出控制器周期性向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送指令機(jī)制進(jìn)行多目標(biāo)魯棒控制器的設(shè)計(jì),并證明了控制器對(duì)能量有限的外部擾動(dòng)具有抑制性能。針對(duì)相對(duì)位置保持階段的相對(duì)軌道確定問題,考慮到滑�？刂破鲗�(duì)滿足匹配條件的模型不確定性、非線性以及輸入擾動(dòng)的完全魯棒性,提出新型的魯棒滑模觀測(cè)器方法實(shí)現(xiàn)航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌道信息的精確估計(jì),從而避免了傳統(tǒng)的魯棒H2和H∞濾波只能處理能量有界擾動(dòng)并且只能應(yīng)用于精確的數(shù)學(xué)模型的局限性。針對(duì)最后逼近段的相對(duì)姿態(tài)跟蹤問題,考慮未知外部擾動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障,設(shè)計(jì)自適應(yīng)反步控制器解決高精度姿態(tài)調(diào)節(jié)控制問題。采用自適應(yīng)機(jī)制對(duì)擾動(dòng)和故障的上界進(jìn)行在線估計(jì)并得到精確估計(jì)值,并利用估計(jì)值完成反饋控制器的設(shè)計(jì),避免了滑模控制器中的切換控制項(xiàng)所帶來的控制器顫振問題。
【關(guān)鍵詞】：在軌服務(wù) 交會(huì)對(duì)接 軌道機(jī)動(dòng) 自適應(yīng)控制 容錯(cuò)控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題來源、研究背景及意義12-14
• 1.1.1 課題來源12
• 1.1.2 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 空間在軌服務(wù)技術(shù)發(fā)展概況15-16
• 1.2.2 空間武器系統(tǒng)中交會(huì)攔截技術(shù)的發(fā)展概況16-17
• 1.2.3 交會(huì)階段的相對(duì)軌道交會(huì)技術(shù)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.4 航天器相對(duì)軌道繞飛和位置保持研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.5 航天器相對(duì)軌道確定的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容21-24
• 第2章 相對(duì)軌道與姿態(tài)動(dòng)力學(xué)建模24-36
• 2.1 坐標(biāo)系定義24-26
• 2.2 軌道相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型及其線性化26-33
• 2.3 相對(duì)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 近距離導(dǎo)引段的軌道機(jī)動(dòng)魯棒控制36-60
• 3.1 引言36-37
• 3.2 問題描述37-40
• 3.3 軌道機(jī)動(dòng)過程的控制器設(shè)計(jì)和H_∞性能分析40-43
• 3.4 近距離導(dǎo)引段閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析43-50
• 3.5 仿真算例50-59
• 3.6 本章小結(jié)59-60
• 第4章 相對(duì)位置保持階段的多目標(biāo)魯棒控制60-82
• 4.1 引言60
• 4.2 相對(duì)位置保持階段的動(dòng)力學(xué)模型以及控制問題描述60-64
• 4.3 航天器相對(duì)位置保持的輸出跟蹤控制器設(shè)計(jì)64-71
• 4.3.1 系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性分析64-70
• 4.3.2 H_∞意義下的擾動(dòng)抑制70-71
• 4.4 仿真算例71-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第5章 相對(duì)軌道確定的魯棒滑模觀測(cè)器設(shè)計(jì)82-97
• 5.1 引言82
• 5.2 問題描述82-84
• 5.3 相對(duì)軌道速度測(cè)量的滑模觀測(cè)器設(shè)計(jì)84-88
• 5.3.1 基于奇異系統(tǒng)理論的增廣策略84-87
• 5.3.2 魯棒滑模觀測(cè)器的增益矩陣設(shè)計(jì)87-88
• 5.4 誤差系統(tǒng)穩(wěn)定性分析88-90
• 5.5 仿真算例90-96
• 5.6 本章小結(jié)96-97
• 第6章 相對(duì)姿態(tài)跟蹤任務(wù)的自適應(yīng)反步控制器設(shè)計(jì)97-122
• 6.1 引言97
• 6.2 問題描述97-101
• 6.3 虛擬控制律的設(shè)計(jì)101-102
• 6.4 自適應(yīng)反步控制律的設(shè)計(jì)102-105
• 6.4.1 基于自適應(yīng)方法的姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)102-104
• 6.4.2 李雅普諾夫函數(shù)的設(shè)計(jì)104-105
• 6.5 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析105-111
• 6.6 仿真算例111-114
• 6.7 本章小結(jié)114-122
• 結(jié)論122-124
• 參考文獻(xiàn)124-134
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果134-136
• 致謝136-137
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷137

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本文編號(hào)：911385