【摘要】：本文以橢圓軌道航天器近距離交會(huì)與對(duì)接為背景,主要研究了橢圓軌道交會(huì)對(duì)接姿態(tài)一體化控制問題。主要內(nèi)容包括:首先,運(yùn)用非線性系統(tǒng)逆最優(yōu)理論討論了橢圓軌道交會(huì)對(duì)接軌道控制問題。當(dāng)目標(biāo)航天器處于任一橢圓軌道上運(yùn)行時(shí),相關(guān)模型參數(shù)如軌道角速度等都是時(shí)變的,較難獲取它們的信息。為了避免這些時(shí)變的軌道參數(shù),引入了一種基于以真近點(diǎn)角θ為獨(dú)立變量的模型變換方法,通過對(duì)變換后的模型進(jìn)行分析,利用非線性系統(tǒng)逆最優(yōu)理論對(duì)其進(jìn)行控制器設(shè)計(jì),使得兩個(gè)航天器的相對(duì)位移和相對(duì)速度都收斂到原點(diǎn),且所設(shè)計(jì)的控制器對(duì)于給定的代價(jià)函數(shù)是最優(yōu)的。進(jìn)一步,基于以時(shí)間t為獨(dú)立變量的動(dòng)力學(xué)模型,將自適應(yīng)控制理論與非線性系統(tǒng)逆最優(yōu)理論結(jié)合在一起,在考慮存在模型參數(shù)不確定性的情形下進(jìn)行控制器設(shè)計(jì),所設(shè)計(jì)的控制器不僅能使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定,且可以精準(zhǔn)估計(jì)模型中不確定性參數(shù)的上界,同時(shí)對(duì)于給定的代價(jià)函數(shù)是最優(yōu)的。其次,運(yùn)用非線性離散模型輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性理論討論了橢圓軌道交會(huì)對(duì)接采樣控制問題。首先對(duì)基于以時(shí)間t為獨(dú)立變量的連續(xù)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行離散化處理,在離散后的模型基礎(chǔ)上,分析了其與原系統(tǒng)精確離散模型的一步一致性,然后在考慮原系統(tǒng)存在外部有界擾動(dòng)的情形下,運(yùn)用非線性離散模型輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性原理給出了一套采樣控制器設(shè)計(jì)方案,所設(shè)計(jì)的控制方案不僅能使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)輸入-狀態(tài)穩(wěn)定,而且對(duì)外部有界擾動(dòng)進(jìn)行了有效地抑制。隨后,運(yùn)用有限時(shí)間輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性理論討論了橢圓軌道交會(huì)對(duì)接姿軌一體化控制問題。首先通過設(shè)計(jì)追蹤航天器推進(jìn)器構(gòu)型布局將交會(huì)對(duì)接軌道控制回路與姿態(tài)控制回路耦合到一起,給出了橢圓軌道交會(huì)對(duì)接姿軌一體化動(dòng)力學(xué)模型。然后在考慮存在外部有界擾動(dòng)的情形下,運(yùn)用非線性系統(tǒng)有限時(shí)間輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性理論進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì),該控制器不僅使兩個(gè)控制回路上的狀態(tài)量在有限時(shí)間內(nèi)收斂到原點(diǎn)附近的小鄰域內(nèi),還有效地抑制了外部有界擾動(dòng)。最后,運(yùn)用向量Lyapunov函數(shù)方法討論了橢圓軌道交會(huì)對(duì)接姿軌一體化控制問題。由于在向量Lyapunov函數(shù)方法在處理強(qiáng)耦合非線性級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),本文首先在向量Lyapunov函數(shù)方法的框架下給出了一般非線性級(jí)聯(lián)系統(tǒng)輸入-狀態(tài)穩(wěn)定的判定條件。然后基于橢圓軌道交會(huì)對(duì)接姿軌一體化動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),利用向量Lyapunov函數(shù)方法對(duì)其進(jìn)行了魯棒控制方案設(shè)計(jì),該控制器可以保證整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V448.2;TP13
【圖文】：

圖１．１航天器交會(huì)對(duì)接示意圖逡逑：逡逑離階段逡逑蹤航天器和目標(biāo)航天器處于完全分離的軌道上。例或另一個(gè)行星的表面或沿雙曲線的行星際空間航天器之間是不可見的，但是目標(biāo)航天器的軌道離變軌逡逑航天器會(huì)在遠(yuǎn)離目標(biāo)航天器的軌道上向目標(biāo)漂低的軌道上慢慢靠近目標(biāo)航天器，追蹤航天器后方的位置。遠(yuǎn)距離變軌有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是能過瞄準(zhǔn)，確保下一次校正與第一次軌道轉(zhuǎn)移方向。逡逑離交會(huì)逡逑會(huì)過程中，通過一系列小推進(jìn)器的作用，使追蹤

圖１．２神舟八號(hào)與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接示意圖逡逑

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本文編號(hào)：2732882