橢圓軌道飛行器交會對接若干控制問題的研究.pdf

1、飛行器交會對接是航天領域的研究熱點之一。許多不同種類的航天任務，如:航天飛行器的在軌組裝、空間平臺的補給、宇航員訪問載人航天器等，都依賴于飛行器之間交會對接的成功實現(xiàn)。目前，針對橢圓軌道下非合作目標的交會對接依舊是一項挑戰(zhàn)。本文以橢圓軌道飛行器的交會對接為背景，研究了在橢圓軌道下飛行器的相對位置和相對姿態(tài)控制器設計的問題，主要內(nèi)容包括:
　　首先，研究了橢圓軌道飛行器相對軌道運動控制的魯棒鎮(zhèn)定問題?；诿枋鰴E圓軌道交會對接的Law

2、den方程和輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性(ISS)控制理論，設計了一種使飛行器相對距離和相對速度對于擾動加速度具有ISS的控制律。理論分析表明在該控制律的作用下，通過調(diào)節(jié)設計常數(shù)，可以使飛行器相對距離和相對速度收斂到零點附近任意小的鄰域內(nèi)?？紤]到控制器設計過程涉及到目標飛行器的軌道參數(shù)，如:軌道角速度、軌道角加速度等，這些參數(shù)一般是難以實時檢測的。因此，我們引進了實用輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性(ISpS)的概念，并設計了不依賴于這些時變參數(shù)，同時可以使飛行器

3、相對運動閉環(huán)系統(tǒng)滿足ISpS的控制律。理論分析和仿真算例都表明所給出控制方案是有效的。
　　其次，研究了橢圓軌道飛行器相對軌道運動的輸入飽和控制問題。采用基于死區(qū)算子的飽和模型描述飛行器交會系統(tǒng)的輸入飽和現(xiàn)象，分別運用ISS和ISpS理論，給出了既能夠抑制控制輸入飽和的約束，又能抑制擾動加速度干擾的抗飽和魯棒控制器。所設計的抗飽和控制器不依賴于目標飛行器軌道參數(shù)的實時信息。
　　隨后，以逆最優(yōu)穩(wěn)定的設計方法，討論了橢圓軌道飛

4、行器交會對接的相對軌道運動控制問題。針對不包含擾動加速度的Lawden方程，設計了使飛行器相對距離和相對速度具有逆最優(yōu)穩(wěn)定性質(zhì)的控制器。在所設計的逆最優(yōu)控制器作用之下，閉環(huán)系統(tǒng)不但是漸近穩(wěn)定的，而且其相對于某個包含飛行器的相對距離和相對速度以及控制加速度的性能指標是最優(yōu)的。之后討論了具有擾動加速度的交會對接系統(tǒng)的逆最優(yōu)設計問題，并給出了不但具有逆最優(yōu)性質(zhì)，而且滿足ISS的控制設計方案。
　　然后，討論了橢圓軌道飛行器交會對接的采樣

5、控制問題。交會對接的實際控制過程可以看成是一個采樣控制的過程?；贚awden方程的精確且未知的離散時間采樣模型，給出了使得離散的閉環(huán)系統(tǒng)具有半全局實用漸近穩(wěn)定性(SPA)的控制設計方案。
　　最后，討論了橢圓軌道飛行器交會對接過程中的姿態(tài)控制問題。將交會對接過程中的飛行器姿態(tài)控制，描述成對某個特定的姿態(tài)機動的跟蹤。在考慮執(zhí)行機構非線性不確定誤差的情況下，給出了姿態(tài)跟蹤誤差漸近趨于零點的魯棒控制方案。仿真算例驗證了所提出的控制方法