本文關(guān)鍵詞：對(duì)在軌失控目標(biāo)的位姿耦合跟蹤控制

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【摘要】：在近場(chǎng)操作中服務(wù)航天器與失控目標(biāo)的相對(duì)軌道運(yùn)動(dòng)和相對(duì)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)存在耦合現(xiàn)象,傳統(tǒng)的控制模型已經(jīng)不能滿足日益復(fù)雜的航天任務(wù)。本文以服務(wù)航天器對(duì)空間失控目標(biāo)進(jìn)行自主交會(huì)與近場(chǎng)操作任務(wù)為背景,建立了基于對(duì)偶四元數(shù)的空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)位姿耦合動(dòng)力學(xué)模型,并且在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了耦合跟蹤控制器,實(shí)現(xiàn)了高精度控制。首先對(duì)旋量理論、四元數(shù)和對(duì)偶四元數(shù)等數(shù)學(xué)工具進(jìn)行了介紹,為后文中的動(dòng)力學(xué)建模以及耦合控制器的設(shè)計(jì)提供了方法。隨后還介紹了Lyapunov穩(wěn)定性理論和模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng),為耦合控制器穩(wěn)定性的證明提供了理論依據(jù)。針對(duì)任務(wù)背景建立了坐標(biāo)系系統(tǒng),包括慣性坐標(biāo)系和服務(wù)航天器與目標(biāo)航天器的本體坐標(biāo)系�；趯�(duì)偶四元數(shù),建立了剛體的耦合動(dòng)力學(xué)模型和航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位姿耦合動(dòng)力學(xué)模型。設(shè)計(jì)了廣義PD控制器,并證明了其穩(wěn)定性。通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性與控制的高精度,對(duì)比了位姿耦合動(dòng)力學(xué)模型與傳統(tǒng)姿軌分開控制模型的,發(fā)現(xiàn)位姿耦合動(dòng)力學(xué)模型不但具有更好的控制效果,而且具有更節(jié)省燃料的優(yōu)點(diǎn)�？紤]到在實(shí)際任務(wù)中可能出現(xiàn)的服務(wù)航天器質(zhì)量特性不確定的情況,設(shè)計(jì)了對(duì)質(zhì)量特性參數(shù)具有適應(yīng)能力的模型參考自適應(yīng)控制器。通過數(shù)值仿真,發(fā)現(xiàn)相較于非自適應(yīng)的控制器,該自適應(yīng)控制器具有對(duì)不確定性的較高的適應(yīng)能力與控制精度。分析參數(shù)的估計(jì)值時(shí)發(fā)現(xiàn)其與實(shí)際的參數(shù)值有一定的誤差,因此設(shè)計(jì)了帶遺忘因子的遞推最小二乘算法,在服務(wù)航天器的機(jī)動(dòng)過程中對(duì)質(zhì)量特性進(jìn)行了在軌辨識(shí),辨識(shí)精度在95%以上。
【關(guān)鍵詞】：自主交會(huì) 位姿耦合 對(duì)偶四元數(shù) 質(zhì)量特性不確定 在軌辨識(shí)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題背景及研究目的和意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析9-14
• 1.2.1 自主交會(huì)與近場(chǎng)操作9-11
• 1.2.2 航天器相對(duì)位姿耦合動(dòng)力學(xué)與控制11-14
• 1.2.3 航天器質(zhì)量特性在軌估計(jì)與辨識(shí)14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第2章 基礎(chǔ)理論16-35
• 2.1 引言16
• 2.2 旋量理論基礎(chǔ)16-22
• 2.2.1 線矢量16-18
• 2.2.2 旋量及其位移轉(zhuǎn)換法則18-20
• 2.2.3 剛體上任意點(diǎn)的速度旋量20-21
• 2.2.4 作用在剛體上的力旋量21-22
• 2.3 四元數(shù)22-24
• 2.3.1 四元數(shù)的定義22-23
• 2.3.2 四元數(shù)的性質(zhì)23-24
• 2.4 對(duì)偶四元數(shù)24-28
• 2.4.1 對(duì)偶四元數(shù)的定義24-27
• 2.4.2 對(duì)偶四元數(shù)的性質(zhì)27-28
• 2.5 Lyapunov穩(wěn)定性理論28-29
• 2.6 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)29-34
• 2.6.1 自適應(yīng)控制介紹29-30
• 2.6.2 模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)原理30-31
• 2.6.3 局部參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法31-33
• 2.6.4 基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的MRAC設(shè)計(jì)方法33-34
• 2.7 本章小結(jié)34-35
• 第3章 相對(duì)位姿耦合動(dòng)力學(xué)建模與PD控制器設(shè)計(jì)35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 牛頓-歐拉動(dòng)力學(xué)方程的對(duì)偶形式35-38
• 3.3 航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)位姿耦合動(dòng)力學(xué)模型38-41
• 3.4 廣義PD控制律設(shè)計(jì)41-44
• 3.4.1 PD控制律設(shè)計(jì)41-43
• 3.4.2 PD控制律穩(wěn)定性分析43-44
• 3.5 PD控制數(shù)值仿真44-54
• 3.5.1 仿真條件設(shè)置44-47
• 3.5.2 仿真結(jié)果分析47-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第4章 質(zhì)量特性不確定情況下的自適應(yīng)跟蹤控制55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 模型參考自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)55-57
• 4.3 自適應(yīng)控制律穩(wěn)定性分析57-59
• 4.4 自適應(yīng)控制數(shù)值仿真59-66
• 4.5 航天器質(zhì)量特性在軌辨識(shí)66-71
• 4.5.1 位姿耦合的辨識(shí)模型66-68
• 4.5.2 遺忘因子遞推最小二乘法68-70
• 4.5.3 在軌辨識(shí)結(jié)果分析70-71
• 4.6 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 吳云華;曹喜濱;張世杰;邢艷軍;鄭鵬飛;;編隊(duì)衛(wèi)星相對(duì)軌道與姿態(tài)一體化耦合控制[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2010年01期

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3 梁斌;徐文福;李成;劉宇;;地球靜止軌道在軌服務(wù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];宇航學(xué)報(bào);2010年01期

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王峰;在軌服務(wù)航天器對(duì)目標(biāo)逼近過程動(dòng)力學(xué)與控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：864688