空間相對軌道機動的魯棒控制.pdf

1、空間環(huán)境的復雜性導致航天器在進行相對軌道機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動系統(tǒng)分別設計了相應的魯棒控制器。
　　本文介紹了航天器相對運動的數(shù)學模型，即TH方程和CW方程。在此基礎上，分析了相對運動受到的主要攝動作用并給出了地球扁率J2項對系統(tǒng)產(chǎn)生的相對攝動加速度表達式，同時建立了大氣阻力和軌道平均角速度攝動之間的關系。
　　對近圓參考軌道航天器相對運動系統(tǒng)，本文分別從參數(shù)攝動，加

2、速度攝動以及二次型指標最優(yōu)三個方面研究了魯棒控制器的設計問題。首先，考慮到相對運動系統(tǒng)參數(shù)即目標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，通過優(yōu)化該指標求解出魯棒控制器。數(shù)值仿真驗證了該控制器的有效性。然后，對于加速度攝動下的相對運動系統(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)表達式，通過極小

3、化該表達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)的二次型性能指標達到最優(yōu)，本文將受攝動系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化成了相應的H2控制問題，進一步利用閉環(huán)系統(tǒng)系數(shù)矩陣的約當標準型將原指標轉(zhuǎn)化成閉環(huán)極點和自由參數(shù)向量的表達式，通過優(yōu)化綜合性能指標求解出魯棒最優(yōu)控制器。在雙星平面投影橢圓軌道繞飛編隊任務模式中對閉環(huán)系統(tǒng)進行了仿真分析。
　　對于橢圓參考軌道航天器相對運動系統(tǒng)，本文將原LPV模型轉(zhuǎn)化成相應的區(qū)間系統(tǒng)。進而通過魯棒特征