在軌服務(wù)中載人機(jī)動(dòng)裝置姿軌動(dòng)力學(xué)與控制研究.pdf

1、航天員出艙活動(dòng)技術(shù)是載人航天工程重大關(guān)鍵技術(shù)之一。相比于地面，艙外軌道環(huán)境十分復(fù)雜，使航天員在出艙執(zhí)行空間任務(wù)時(shí)面臨諸多困難，甚至是遭遇難以預(yù)見(jiàn)的險(xiǎn)情。本文研究的載人機(jī)動(dòng)裝置（Manned Maneuvering Unit，以下簡(jiǎn)稱MMU）可以為艙外航天員提供必要的安全救生和靈活機(jī)動(dòng)能力，以保障空間站裝配、目標(biāo)星維護(hù)等在軌服務(wù)任務(wù)的順利完成。
　　相比于一般的航天器，MMU體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)導(dǎo)致航天員肢體運(yùn)動(dòng)給MMU的姿態(tài)穩(wěn)定帶

2、來(lái)了不可忽視的干擾和影響，人機(jī)耦合效應(yīng)顯著。本文針對(duì)這一特點(diǎn)，將航天員簡(jiǎn)化為由鉸鏈接的9剛體節(jié)段模型，從動(dòng)量矩定理出發(fā)，建立了航天員-MMU耦合系統(tǒng)的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。然后通過(guò)對(duì)艙外航天員肢體運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃，以及MMU姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究了航天員的三種典型下肢動(dòng)作對(duì)MMU姿控過(guò)程中響應(yīng)時(shí)間和總能耗的影響。數(shù)值仿真結(jié)果表明：在MMU姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中，航天員做屈膝動(dòng)作，能耗最??；航天員做先屈膝再伸展的動(dòng)作，時(shí)間最優(yōu)。最后，以MMU總能耗為指標(biāo)

3、，對(duì)第三種動(dòng)作中屈膝與伸展運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化。
　　在MMU逼近目標(biāo)星軌跡設(shè)計(jì)、優(yōu)化部分，本文采用C-W方程來(lái)描述MMU逼近目標(biāo)星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，對(duì)基于速度增量的和基于連續(xù)變推力的兩種發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)模式進(jìn)行了簡(jiǎn)要討論。以此為基礎(chǔ)，首先設(shè)計(jì)了比例-微分脈沖控制模式下的MMU逼近目標(biāo)星轉(zhuǎn)移軌跡，然后依據(jù)滑移制導(dǎo)的思想，設(shè)計(jì)了約束軌道下的多脈沖機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)移軌跡。最后，以轉(zhuǎn)移過(guò)程中的能耗代價(jià)和時(shí)間-能耗綜合代價(jià)為待優(yōu)化性能指標(biāo)，采用直接配點(diǎn)