安全逼近空間翻滾目標(biāo)的軌跡規(guī)劃與控制研究

1、摘要摘要在軌服務(wù)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)太空高效率、低成本地開(kāi)發(fā)和利用的基礎(chǔ)，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和軍事意義。目前在軌服務(wù)還面臨諸多技術(shù)難題，其中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)空間翻滾目標(biāo)的安全逼近，這是進(jìn)行后續(xù)在軌服務(wù)操作的重要前提。本文以在軌服務(wù)任務(wù)為背景，主要研究了安全逼近空間翻滾目標(biāo)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(chǎng)中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型，分別推導(dǎo)了圓參考軌道和橢圓參考軌道的線性化相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程及其解析解；借助剛體自由轉(zhuǎn)動(dòng)理論對(duì)目標(biāo)航

2、天器的翻滾運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，并根據(jù)其翻滾軸與對(duì)接軸的空間關(guān)系將其翻滾運(yùn)動(dòng)分成了三類(lèi)。其次，本文將安全逼近空間翻滾目標(biāo)的任務(wù)過(guò)程分為了兩個(gè)階段：過(guò)渡逼近段和最終逼近段。針對(duì)過(guò)渡逼近段提出了基于逆動(dòng)力學(xué)的最優(yōu)軌跡規(guī)劃方法。利用逆動(dòng)力學(xué)方法對(duì)服務(wù)航天器的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行參數(shù)化表示；軌跡優(yōu)化以能量消耗為指標(biāo)，并考慮諸如主動(dòng)避碰、推力大小限制和被動(dòng)安全性等的約束條件；采用直接法，對(duì)軌跡優(yōu)化問(wèn)題的性能指標(biāo)和所有約束條件進(jìn)行離散化處理，并采用非線性規(guī)劃算法

3、進(jìn)行求解。再次，本文針對(duì)安全逼近空間翻滾目標(biāo)的最終逼近段，提出了采用人工勢(shì)場(chǎng)結(jié)合安全邊界約束的軌跡規(guī)劃方法；針對(duì)目標(biāo)航天器的不同翻滾運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，結(jié)合其幾何外形特點(diǎn)，分別建立各自的安全邊界約束條件；確定服務(wù)航天器的期望相對(duì)速度指令，并設(shè)計(jì)滑?？刂破鱽?lái)控制服務(wù)航天器跟蹤該速度指令，進(jìn)而安全無(wú)碰撞地逼近空間翻滾目標(biāo)。最后，本文針對(duì)安全逼近空間翻滾目標(biāo)的過(guò)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(jìn)行了仿真驗(yàn)證和分析。結(jié)果表明，所提出的方法可

4、以為服務(wù)航天器規(guī)劃出安全無(wú)碰撞的逼近軌跡，并且可以滿(mǎn)足各個(gè)階段對(duì)安全性及其他約束條件的要求。此外，對(duì)過(guò)渡逼近段的仿真還證明了考慮被動(dòng)安全約束的必要性。關(guān)鍵詞：在軌服務(wù)，空間翻滾目標(biāo)，逆動(dòng)力學(xué)法，被動(dòng)安全，人工勢(shì)場(chǎng)，滑?？刂艻西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文pahses.Inadditionthesimulationresultsofthetransitionapproachingphaseshowthatitisnecessarytotakei