空間相對軌道機(jī)動的魯棒控制.pdf

1、空間環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致航天器在進(jìn)行相對軌道機(jī)動時會受到多種形式的攝動作用。本文對近圓參考軌道和橢圓參考軌道的航天器相對運(yùn)動系統(tǒng)分別設(shè)計了相應(yīng)的魯棒控制器。
　　本文介紹了航天器相對運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型，即TH方程和CW方程。在此基礎(chǔ)上，分析了相對運(yùn)動受到的主要攝動作用并給出了地球扁率J2項(xiàng)對系統(tǒng)產(chǎn)生的相對攝動加速度表達(dá)式，同時建立了大氣阻力和軌道平均角速度攝動之間的關(guān)系。
　　對近圓參考軌道航天器相對運(yùn)動系統(tǒng)，本文分別從參數(shù)攝動，加

2、速度攝動以及二次型指標(biāo)最優(yōu)三個方面研究了魯棒控制器的設(shè)計問題。首先，考慮到相對運(yùn)動系統(tǒng)參數(shù)即目標(biāo)航天器的軌道平均角速度在大氣阻力作用下產(chǎn)生攝動，本文基于PD狀態(tài)反饋模型跟蹤控制理論，利用特征結(jié)構(gòu)配置方法，選擇閉環(huán)系統(tǒng)系數(shù)矩陣特征值的條件數(shù)為性能指標(biāo)，通過優(yōu)化該指標(biāo)求解出魯棒控制器。數(shù)值仿真驗(yàn)證了該控制器的有效性。然后，對于加速度攝動下的相對運(yùn)動系統(tǒng)，本文將參數(shù)化形式的控制器引入到受攝動系統(tǒng)中，得到了誤差傳遞函數(shù)的H2范數(shù)表達(dá)式，通過極小

3、化該表達(dá)式求解出擾動抑制的魯棒控制器。最后，為了使受攝動系統(tǒng)的二次型性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，本文將受攝動系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化成了相應(yīng)的H2控制問題，進(jìn)一步利用閉環(huán)系統(tǒng)系數(shù)矩陣的約當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型將原指標(biāo)轉(zhuǎn)化成閉環(huán)極點(diǎn)和自由參數(shù)向量的表達(dá)式，通過優(yōu)化綜合性能指標(biāo)求解出魯棒最優(yōu)控制器。在雙星平面投影橢圓軌道繞飛編隊(duì)任務(wù)模式中對閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。
　　對于橢圓參考軌道航天器相對運(yùn)動系統(tǒng)，本文將原LPV模型轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的區(qū)間系統(tǒng)。進(jìn)而通過魯棒特征