本文關(guān)鍵詞：在軌服務(wù)航天器位姿一體化規(guī)劃與控制

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【摘要】：控制分系統(tǒng)是航天器的重要組成部分,控制策略的性能直接決定著航天器的性能。針對在軌服務(wù)航天器位置和姿態(tài)控制研究是保證服務(wù)航天器對目標(biāo)航天器進(jìn)行在軌任務(wù)完成的基礎(chǔ)保障。針對在軌服務(wù)航天器設(shè)計整個抓捕過程中不同階段的控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)在軌航天器、空間機(jī)械臂、組合體的高性能控制,達(dá)到服務(wù)于空間任務(wù)的目的。本文針對在軌服務(wù)航天器一體化控制問題進(jìn)行深入的研究,重點解決服務(wù)航天器和其搭載的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂對目標(biāo)接近和抓捕過程中的一體化動力學(xué)建模、路徑規(guī)劃、控制問題,抓捕后目標(biāo)參數(shù)辨識問題,具體工作如下:在軌服務(wù)航天器對目標(biāo)接近過程中,針對服務(wù)航天器接近目標(biāo)的路徑規(guī)劃問題,提出了基于對偶四元數(shù)位姿一體化模型和改進(jìn)遺傳算法的姿軌一體化路徑規(guī)劃方法,考慮了規(guī)劃過程中路徑長度、安全區(qū)域、能量等約束,實現(xiàn)安全且能量損耗低的接近路徑優(yōu)選,為在軌服務(wù)航天器位姿一體化控制提供前端輸入。針對在軌服務(wù)航天器對目標(biāo)抓捕過程中的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂路徑規(guī)劃問題,提出了基于對偶四元數(shù)模型和牛頓-高斯迭代算法的機(jī)械臂關(guān)節(jié)運動路徑位姿一體化規(guī)劃方法,將關(guān)節(jié)路徑規(guī)劃分為關(guān)節(jié)運動目標(biāo)和關(guān)節(jié)運動路徑兩個最優(yōu)化問題進(jìn)行求解,實現(xiàn)利用較少的運算量選取平滑抓捕路徑,為多關(guān)節(jié)機(jī)械臂位姿一體化跟蹤控制提供前端輸入。在軌服務(wù)航天器對目標(biāo)捕獲過程中,針對服務(wù)航天器捕獲目標(biāo)的姿軌一體化控制問題,提出了基于對偶四元數(shù)模型和類PD魯棒自適應(yīng)控制算法的姿軌一體化控制方法,實現(xiàn)服務(wù)航天器能夠準(zhǔn)確的到達(dá)抓捕位置并且實現(xiàn)服務(wù)航天器到達(dá)抓捕位置后立即具備抓捕目標(biāo)的相對位姿狀態(tài),避免服務(wù)航天器相對位置和相對姿態(tài)的頻繁交替控制。針對服務(wù)航天器對目標(biāo)抓捕過程中的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制問題,提出了基于對偶四元數(shù)模型和PD控制策略的位姿一體化跟蹤控制方法,實現(xiàn)服務(wù)航天器上搭載的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂對規(guī)劃路徑的跟蹤控制,保證機(jī)械臂的末端機(jī)械爪能夠精確到達(dá)目標(biāo)航天器的抓捕點,從而實現(xiàn)服務(wù)航天器對目標(biāo)航天器的抓捕。在軌服務(wù)航天器抓捕目標(biāo)航天器之后,針對非合作目標(biāo)的參數(shù)辨識問題,提出了基于NLMS準(zhǔn)則的Adaline神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合體慣性參數(shù)辨識方法,該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)非合作目標(biāo)的慣量辨識,而且能夠辨識得到非合作目標(biāo)的質(zhì)量和質(zhì)心位置,從而實現(xiàn)了非合作目標(biāo)的合作化轉(zhuǎn)變,為組合體控制器的設(shè)計提供本體參數(shù)。最后,結(jié)合工程應(yīng)用,針對本文提出的在軌服務(wù)航天器抓捕過程的一體化控制方法,搭建了半物理仿真驗證系統(tǒng)。設(shè)計了半物理仿真驗證試驗方案,包括試驗系統(tǒng)軟件、硬件構(gòu)成,試驗大綱和細(xì)則。通過應(yīng)用實例進(jìn)一步驗證了本文所提出的一體化控制方法的正確性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：V448.2

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本文編號：1278968