安全逼近空間翻滾目標的軌跡規(guī)劃與控制研究

1、摘要摘要在軌服務技術(shù)是實現(xiàn)對太空高效率、低成本地開發(fā)和利用的基礎(chǔ)，具有重要的經(jīng)濟效益和軍事意義。目前在軌服務還面臨諸多技術(shù)難題，其中的一個關(guān)鍵技術(shù)是對空間翻滾目標的安全逼近，這是進行后續(xù)在軌服務操作的重要前提。本文以在軌服務任務為背景，主要研究了安全逼近空間翻滾目標的軌跡規(guī)劃與控制方法。首先，本文建立了兩航天器在地球中心引力場中的相對運動模型，分別推導了圓參考軌道和橢圓參考軌道的線性化相對運動方程及其解析解；借助剛體自由轉(zhuǎn)動理論對目標航

2、天器的翻滾運動進行了分析，并根據(jù)其翻滾軸與對接軸的空間關(guān)系將其翻滾運動分成了三類。其次，本文將安全逼近空間翻滾目標的任務過程分為了兩個階段：過渡逼近段和最終逼近段。針對過渡逼近段提出了基于逆動力學的最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法。利用逆動力學方法對服務航天器的運動軌跡進行參數(shù)化表示；軌跡優(yōu)化以能量消耗為指標，并考慮諸如主動避碰、推力大小限制和被動安全性等的約束條件；采用直接法，對軌跡優(yōu)化問題的性能指標和所有約束條件進行離散化處理，并采用非線性規(guī)劃算法

3、進行求解。再次，本文針對安全逼近空間翻滾目標的最終逼近段，提出了采用人工勢場結(jié)合安全邊界約束的軌跡規(guī)劃方法；針對目標航天器的不同翻滾運動類型，結(jié)合其幾何外形特點，分別建立各自的安全邊界約束條件；確定服務航天器的期望相對速度指令，并設計滑模控制器來控制服務航天器跟蹤該速度指令，進而安全無碰撞地逼近空間翻滾目標。最后，本文針對安全逼近空間翻滾目標的過渡逼近段和最終逼近段所提出的軌跡規(guī)劃與控制方法進行了仿真驗證和分析。結(jié)果表明，所提出的方法可

4、以為服務航天器規(guī)劃出安全無碰撞的逼近軌跡，并且可以滿足各個階段對安全性及其他約束條件的要求。此外，對過渡逼近段的仿真還證明了考慮被動安全約束的必要性。關(guān)鍵詞：在軌服務，空間翻滾目標，逆動力學法，被動安全，人工勢場，滑模控制I西北工業(yè)大學碩士學位論文pahses.Inadditionthesimulationresultsofthetransitionapproachingphaseshowthatitisnecessarytotakei