航天器交會(huì)對(duì)接近距離姿軌一體化控制方法研究.pdf

1、失效的目標(biāo)航天器在空間做自由翻滾運(yùn)動(dòng)，其姿態(tài)與位置隨時(shí)間快速變化，這給交會(huì)對(duì)接、在軌修復(fù)、燃料加注等航天任務(wù)的研究帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。與這樣非合作目標(biāo)交會(huì)對(duì)接技術(shù)因其在航天任務(wù)中的廣泛應(yīng)用前景和數(shù)學(xué)模型上的強(qiáng)耦合性和強(qiáng)非線性，近年來逐漸成為控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以與空間內(nèi)自由翻滾目標(biāo)交會(huì)對(duì)接近距離段的相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)控制技術(shù)為課題展開研究，首先針對(duì)近距離段的姿態(tài)跟蹤問題設(shè)計(jì)了有限時(shí)間姿態(tài)控制器，然后針對(duì)考慮姿軌耦合的交會(huì)對(duì)接任務(wù)

2、設(shè)計(jì)姿軌一體化控制器，并且考慮了外力產(chǎn)生的干擾、推力器、飛輪等執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障和控制輸出飽和等問題。本論文主要包括以下內(nèi)容：
　　針對(duì)交會(huì)對(duì)接中執(zhí)行器存在故障與控制受限剛體航天器的姿態(tài)跟蹤控制問題，提出一類基于新型指數(shù)形式的非奇異快速滑模面(ENFTSM)與趨近律的姿態(tài)容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法。當(dāng)部分推力器發(fā)生故障時(shí)，假設(shè)剩余推力器具有輸出飽和特性且能提供足夠推力保證航天器執(zhí)行任務(wù)，相比傳統(tǒng)的終端滑?？刂破鳎疚脑O(shè)計(jì)的有限時(shí)間控制器不僅能使

3、系統(tǒng)狀態(tài)以更快的速度收斂到平衡點(diǎn)，且不需要對(duì)執(zhí)行器故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和分離?；贚yapunov方法證明本文設(shè)計(jì)的控制器能保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，且能有效地抑制外部干擾、控制受限和執(zhí)行器故障等約束。
　　針對(duì)與自由翻滾航天器交會(huì)對(duì)接近距離段的姿軌強(qiáng)耦合控制問題，基于滑模自適應(yīng)控制方法設(shè)計(jì)了一類六自由度姿軌一體化控制器，且在其數(shù)學(xué)表達(dá)式中顯式地引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飽和幅值，從而確?？刂戚敵鲈谄湟蠼绲姆秶鷥?nèi)；考慮到追蹤航天器姿軌運(yùn)動(dòng)中存在外