視線坐標系下航天器軌道機動的非線性控制.pdf

1、航天器為了完成各種各樣的空間任務（如繞飛、伴飛、在軌服務等），都離不開航天器的交會對接技術。對于我國航天事業(yè)的發(fā)展而言，如何完成航天器的交會對接從而實現(xiàn)空間站的補給、修復以及航天員的輪替任務都將是我國未來亟需解決的重要問題。與交會問題類似的是，也研究了航天器攔截的相關控制問題，而一般研究航天器的交會對接技術都是針對線性化的相對運動動力學模型進行的。為了獲得更精準的控制，本文直接對航天器相對運動的非線性模型進行非線性控制。由于視線坐標系下

2、的物理意義的直觀性，本文采取了視線坐標系下的建模?？偟膩碚f，本文從視線坐標系的角度對航天器交會和攔截情形下的直接參數(shù)化控制分別進行了研究，主要的研究內容有：
　　首先，建立了視線坐標系下描述航天器交會情形下相對軌道運動的非線性模型。研究了航天器交會領域常用的幾種坐標系及其轉化關系，在此基礎上，給出了基于視線坐標系的描述航天器軌道機動的相對運動的非線性方程，提煉出一般化的非線性模型，求解了軌道機動中交會控制的相對運動動力學問題的數(shù)學

3、描述。
　　其次，求解了對基于視線坐標系下描述航天器交會情形的相對軌道運動的非線性模型的直接參數(shù)化控制器，并對其進行了仿真驗證。首先介紹了基于一般二階全驅非線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋特征結構配置的直接參數(shù)化方法，并對控制器的求解過程作出一定歸納；然后將基于廣義Sylvester方程求解過程的一般化的直接參數(shù)化方法應用于視線坐標系下航天器交會的軌道機動相對運動方程，設計交會情形下的直接參數(shù)化控制器；最后對整個航天器交會閉環(huán)系統(tǒng)進行了仿真驗證

4、，對仿真結果曲線中的狀態(tài)變量曲線和控制變量曲線進行分析和比較，最后對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析，證明了直接參數(shù)化控制器的有效性。
　　最后，建立了基于視線坐標系下描述航天器攔截的相對軌道運動的非線性模型，然后基于一般的參數(shù)化控制算法，求解了攔截任務下的直接參數(shù)化控制器，最后對整個航天器攔截閉環(huán)系統(tǒng)進行仿真驗證，對仿真結果曲線中的狀態(tài)變量曲線和控制變量曲線進行分析和比較，最后對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析，證明了直接參數(shù)化控制器的有效