本文關鍵詞：橢圓軌道交會對接有限時間控制問題研究

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【摘要】：航天技術是當今世界科技中最尖端的技術之一,也是一個國家綜合國力與科技水平的重要標志。航天器交會對接是進行深空探索、拓展人類生存空間的重要步驟,也是航天領域研究的熱點問題之一�？臻g交會對接技術是實現諸如空間站的物資補給、航天員的交換和營救、航天器的在軌裝配和維護等在軌服務的關鍵技術與先決條件。自主交會對接作為空間交會對接的主要趨勢,最終逼近段是其中的一個重要階段。本論文以航天器橢圓軌道交會對接為背景,針對交會對接的最終逼近階段,研究了在橢圓軌道上航天器的相對位置與相對姿態(tài)的控制器設計問題,從理論的角度出發(fā),提出了一套有限時間收斂的控制方案。 首先,本文建立了數學模型以方便對航天器交會對接問題的分析,包括軌道動力學模型與姿態(tài)描述模型。在常用基本坐標系的基礎上給出了適用于橢圓軌道的相對動力學模型；介紹了用于描述航天器姿態(tài)的歐拉四元數法,并基于此給出了航天器的姿態(tài)運動學模型與動力學模型。 其次,對近年來引起人們的廣泛興趣的有限時間控制設計方法進行了簡要的介紹,給出了有限時間穩(wěn)定性的定義以及判定控制系統(tǒng)有限時間穩(wěn)定的定理。 隨后,針對航天器的橢圓軌道相對動力學模型,在考慮外界擾動的情況下,利用有限時間控制方法,分別基于傳統(tǒng)FTSM模型和改進FTSM模型進行了有限時間控制器的設計,并通過仿真驗證了控制算法是有效的。 然后,本論文針對追蹤航天器與自由翻滾的目標航天器進行近距離交會對接的姿軌耦合控制問題,建立了相對姿軌一體化耦合模型,并在考慮未知有界擾動與控制輸入飽合的情況下,利用有限時間控制技術深入研究了追蹤航天器與自由翻滾的目標飛行器進行自主交會對接的相對位姿耦合控制方案。對閉環(huán)系統(tǒng)的數值仿真實例證明了控制方案的安全性與有效性。 最后,’文章對已研究的工作進行了總結,并針對有進一步研究空間的方向和問題提出了自己的觀點。
【關鍵詞】：交會對接 橢圓軌道 有限時間控制 輸入飽和
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V526
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 插圖索引10-11
• 主要符號對照表11-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 選題背景及意義12-13
• 1.2 空間交會對接概述13-16
• 1.2.1 基本概念13-14
• 1.2.2 飛行過程的劃分14-15
• 1.2.3 關鍵技術15-16
• 1.3 航天器交會對接的發(fā)展背景16-18
• 1.3.1 美國交會對接技術的發(fā)展16-17
• 1.3.2 前蘇聯/俄羅斯交會對接技術的發(fā)展17
• 1.3.3 日本和歐空局交會對接技術的發(fā)展17-18
• 1.3.4 我國交會對接技術的發(fā)展18
• 1.4 航天器交會對接的研究現狀18-22
• 1.4.1 軌道控制的研究現狀18-20
• 1.4.2 姿態(tài)控制的研究現狀20-21
• 1.4.3 姿軌耦合控制的研究現狀21-22
• 1.5 有限時間控制方法的研究與應用現狀22-23
• 1.6 本文主要內容及結構安排23-26
• 第二章 基礎知識介紹26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 動力學模型簡介26-33
• 2.2.1 常用坐標系26-28
• 2.2.2 交會對接軌道動力學模型28-30
• 2.2.3 航天器姿態(tài)描述模型30-33
• 2.3 有限時間控制方法簡介33-35
• 2.4 本章小結35-36
• 第三章 軌道控制有限時間控制器設計36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 控制問題描述36-37
• 3.3 有限時間控制器的設計37-41
• 3.3.1 基于傳統(tǒng)FTSM模型的有限時間控制器38-39
• 3.3.2 基于改進FTSM模型的有限時間控制器39-40
• 3.3.3 去抖振的改進控制器40-41
• 3.4 數值仿真41-48
• 3.5 本章小結48-50
• 第四章 基于歐拉四元數的姿軌耦合有限時間控制50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 姿軌耦合一體化模型50-53
• 4.3 有限時間控制器的設計53-56
• 4.4 數值仿真56-59
• 4.5 本章小結59-62
• 第五章 總結與展望62-64
• 5.1 全文工作總結62
• 5.2 進一步工作展望62-64
• 參考文獻64-70
• 致謝70-72
• 在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果72

【參考文獻】

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本文編號：932327