由于空間航天任務的不同需求,傳統(tǒng)航天器逐漸向空間機器人方向發(fā)展,面對新型的任務需求,比如在軌維修、空間垃圾清理、燃料添加等,無論是哪種空間任務首先都需要服務航天逼近被服務航天器再進行下一步操作,所以自主�？渴窃谲壏⻊盏年P(guān)鍵技術(shù)之一。本文以航天器在軌服務與維護仿真技術(shù)為研究背景,主要針對近距離下航天器自主�？恐茖c控制技術(shù)進行研究,包括相對運動的服務航天器與目標航天器相對軌道和姿態(tài)滑�？刂品椒�。首先簡要介紹了在軌服務自主�？考夹g(shù)的發(fā)展歷程和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,接著介紹了描述航天器相對運動的CW方程并推導了航天器姿態(tài)運動學方程、動力學方程以及姿態(tài)和軌道同步運動的六自由度運動學等方程。然后在航天器自主接近段基于航天器在圓形軌道上的運行模型,考慮到測距傳感器在遠距離情況下測量會受限,設(shè)計了狀態(tài)觀測器來確定空間兩航天器的相對狀態(tài)信息,同時進一步地為減弱觀測器的抖振,用飽和函數(shù)代替觀測矩陣,并基于線性二次最優(yōu)理論設(shè)計了相對位置滑�？刂坡�。其次,針對航天器在最終接近段階段的姿態(tài)運動問題,考慮到外界不確定干擾力矩的情況,將系統(tǒng)模型分解為線性項和非線性項,用模型參考自適應方法追蹤非線性項,設(shè)計了滑模切換函數(shù)... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

在軌服務自主�？咳蝿帐疽鈭D

中北大學學位論文3天器逼近。在這一階段航天器之間的距離遠超過安全距離，所以在接近過程中只涉及到軌道機動控制，沒有相對姿態(tài)控制。當追蹤航天器到達特定的相對安全距離時就停止軌道機動，這時兩航天器的相對距離很近，同時保持在安全距離范圍內(nèi)。最終�？慷危鹤粉櫤教炱鲝陌踩嚯x開始逼近追蹤航天器，在這個過程中不光有相對位置的控制，同時也包括相對姿態(tài)的控制，最終實現(xiàn)兩航天器相對位置和速度以及姿態(tài)滿足針對任務操作的�？�。圖1-2在軌服務航天器自主�？窟^程圖Fig1-2Autonomousdockingprocessofanorbitingservicespacecraft在追蹤航天器向目標航天器�？窟^程中，兩個航天器絕對不能發(fā)生除任務要求外的碰撞，這是最基礎(chǔ)且最根本的條件。另外，在自主�？窟^程中要用到導航技術(shù)，通常情況下所提到的導航技術(shù)是指對航天器在某一時刻的瞬時速度、瞬時姿態(tài)以及方向等參數(shù)的解算程。以上獲得的參數(shù)絕對參數(shù)，故也可以認為是絕對導航。與通常常用的導航不同,相對導航求解的參數(shù)是在軌運行的兩航天器之間的相對運動參數(shù)。自主�？窟^程中采用的是相對導航技術(shù)，主要確定參與任務的兩航天器之間的相對參數(shù)，包括相對軌道參數(shù)和相對姿態(tài)參數(shù)。

中北大學學位論文102.2.2軌道坐標系定義參考坐標系o-xyz，該坐標系用來描述航天器的在空間中的運動狀態(tài)，航天器的質(zhì)心作為軌道坐標系的原點，x,y,z三軸的定義在滿足右手坐標系的基礎(chǔ)上定義較為靈活，常用的三種軌道坐標系定義如圖2-2所示。圖2-1地球慣性坐標系Fig2-1Earthinertiaframe圖2-2軌道坐標系Fig2-2Orbitcoordinatesystem（a）圖定義ox由地心指向目標航天器質(zhì)心的矢量方向；oy在軌道平面內(nèi)與目標航天器運動的速度矢量方向一致；另一坐標軸oz由右手坐標系確定。（b）圖定義ox在軌道平面內(nèi)與目標航天器速度矢量方向一致；oy由目標航天器質(zhì)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]航天器有限時間飽和姿態(tài)跟蹤控制[J]. 陳海濤,宋申民,李學輝.  中國慣性技術(shù)學報. 2017(04)
[2]航天器終端接近的有限時間輸入飽和避碰控制[J]. 李學輝,宋申民,陳海濤,郭永.  中國慣性技術(shù)學報. 2017(04)
[3]逼近非合作目標的自適應二階終端滑�？刂芠J]. 劉海龍,史小平,張杰,畢顯婷.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2016(10)
[4]航天器姿態(tài)跟蹤有限時間飽和控制[J]. 宋申民,郭永,李學輝.  控制與決策. 2015(11)
[5]考慮執(zhí)行器特性的機械臂全階滑�？刂芠J]. 曹乾磊,李樹榮,趙東亞,曹琪,盧松林.  系統(tǒng)科學與數(shù)學. 2015(07)
[6]基于terminal滑�？刂频男⌒l(wèi)星機動方法[J]. 常琳,金光,范國偉,徐開.  光學精密工程. 2015(02)
[7]陣風干擾下無人直升機軌跡的自適應反步控制[J]. 方星,吳愛國,董娜.  中國慣性技術(shù)學報. 2015(01)
[8]月球軌道交會對接航天器相對狀態(tài)誤差分析[J]. 陳少伍,董光亮,樊敏,李海濤,郝萬宏.  中國空間科學技術(shù). 2014(05)
[9]服務航天器超近程逼近目標的相對姿軌耦合控制[J]. 張慶展,靳永強,康志宇,肖余之.  系統(tǒng)工程與電子技術(shù). 2015(01)
[10]接近和跟蹤非合作機動目標的非線性最優(yōu)控制[J]. 高登巍,羅建軍,馬衛(wèi)華,康志宇,陳曉光.  宇航學報. 2013(06)

博士論文
[1]航天器自主交會對接導航與控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 陳小平.電子科技大學 2012

碩士論文
[1]一種航天器交會近距離段自適應魯棒控制算法研究[D]. 馮云昊.重慶大學 2011



本文編號：3246286