本文關(guān)鍵詞：基于自抗擾的空間交會對接軌道控制研究

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【摘要】：隨著人類對太空探索需求的不斷增大,空間交會對接技術(shù)越來越受到各個國家的重視。對于空間交會對接而言,如何以精度高、魯棒性好、燃料消耗少的方式完成空間交會對接任務(wù)一直是這個領(lǐng)域的研究熱點,為此,本文從空間交會對接軌道控制研究現(xiàn)狀中存在的不足與缺陷入手,對交會對接的動力學(xué)模型以及控制方法等問題進(jìn)行研究,本文的主要工作內(nèi)容可歸納為： (1)建立交會對接的圓軌道動力學(xué)模型以及橢圓軌道動力學(xué)模型,分別解出模型的解析解,接著對模型的特性進(jìn)行分析,并通過仿真實驗驗證了其特性,進(jìn)而指出了在對圓軌道和橢圓軌道的交會對接進(jìn)行控制時所存在的問題以及難點。 (2)在軌道控制中,系統(tǒng)需要進(jìn)行平滑無超調(diào)、魯棒性好、節(jié)約燃料的控制,因此,常規(guī)的控制器很難滿足平穩(wěn)精確的控制要求。為此,在軌道控制中引入設(shè)定值規(guī)劃,在系統(tǒng)的初始坐標(biāo)和目標(biāo)坐標(biāo)之間,將最終目標(biāo)細(xì)化分級為逐步到達(dá)的平滑的S型曲線形式來建立設(shè)定值規(guī)劃,所設(shè)計的S型曲線形式的設(shè)定值規(guī)劃具有加速段、勻速段和減速段三個典型運動過程,從而更有利于實現(xiàn)平穩(wěn)的軌道控制。 (3)將設(shè)定值規(guī)劃與特征建模相結(jié)合,設(shè)計了基于設(shè)定值規(guī)劃的黃金分割控制器和非線性黃金分割控制器。為了驗證設(shè)定值規(guī)劃所帶來的優(yōu)勢,又設(shè)計了基于設(shè)定值規(guī)劃的跟蹤微分器控制以及PD控制。在圓軌道空間交會停靠位置控制系統(tǒng)中進(jìn)行了仿真實驗,驗證了所設(shè)計控制器的優(yōu)越性。 (4)對于缺少橢圓軌道信息條件下的空間自主交會而言,其控制難度非常大,為此,本文提出了一種基于自抗擾控制器的控制方法。該算法在橢圓軌道動力學(xué)模型基礎(chǔ)上通過在目標(biāo)值與初始值之間加入設(shè)定值規(guī)劃,以此來解決系統(tǒng)超調(diào)與快速性之間的矛盾。通過擴張狀態(tài)觀測器對動力學(xué)模型中無法實時獲取的時變參數(shù)和外界干擾進(jìn)行在線估計,從而將得到的估計值通過非線性反饋控制律進(jìn)行實時補償,以此達(dá)到控制的目的。在無外界干擾和有外界干擾的情況下分別對橢圓軌道控制進(jìn)行仿真實驗,驗證了所設(shè)計控制器的可行性以及優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V526;V448.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1301046