本文關鍵詞：在軌服務航天器魯棒自主交會與姿態(tài)跟蹤控制方法

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【摘要】：隨著空間技術的迅猛發(fā)展,世界各國的航天器構造越來越復雜,成本也越來越昂貴。為了縮減航天器制造、發(fā)射和在軌運行的開支,同時延長在軌服務航天器的壽命,在軌組裝維護修復、燃料加注、功能更換和升級等高新技術得到越來越多的關注和研究。當前各航天強國都已把發(fā)展在軌服務技術、構建在軌服務體系作為本國空間技術發(fā)展規(guī)劃的核心任務。本課題針對在軌服務中航天器自主交會對接過程中的軌道機動問題進行深入分析和研究,提出在軌服務自主交會各個階段的魯棒控制及軌道確定方法。針對近距離導引段的機動控制,提出一種采用中長周期從測量設備向控制器發(fā)送軌道測量信息的機制,考慮執(zhí)行機構的飽和非線性、推力受限以及航天器燃料受限等因素,研究基于中長周期信號的近距離導引段的多目標控制律設計策略。針對相對位置保持階段,考慮控制力矩受限、空間干擾力矩、燃料最優(yōu)以及H∞性能指標等約束的控制問題,將相對位置保持問題描述為一個線性系統(tǒng)的輸出跟蹤控制問題,提出控制器周期性向執(zhí)行機構發(fā)送指令機制進行多目標魯棒控制器的設計,并證明了控制器對能量有限的外部擾動具有抑制性能。針對相對位置保持階段的相對軌道確定問題,考慮到滑�？刂破鲗M足匹配條件的模型不確定性、非線性以及輸入擾動的完全魯棒性,提出新型的魯棒滑模觀測器方法實現(xiàn)航天器相對運動軌道信息的精確估計,從而避免了傳統(tǒng)的魯棒H2和H∞濾波只能處理能量有界擾動并且只能應用于精確的數(shù)學模型的局限性。針對最后逼近段的相對姿態(tài)跟蹤問題,考慮未知外部擾動和執(zhí)行機構故障,設計自適應反步控制器解決高精度姿態(tài)調(diào)節(jié)控制問題。采用自適應機制對擾動和故障的上界進行在線估計并得到精確估計值,并利用估計值完成反饋控制器的設計,避免了滑�？刂破髦械那袚Q控制項所帶來的控制器顫振問題。
【關鍵詞】：在軌服務 交會對接 軌道機動 自適應控制 容錯控制
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題來源、研究背景及意義12-14
• 1.1.1 課題來源12
• 1.1.2 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 空間在軌服務技術發(fā)展概況15-16
• 1.2.2 空間武器系統(tǒng)中交會攔截技術的發(fā)展概況16-17
• 1.2.3 交會階段的相對軌道交會技術研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.4 航天器相對軌道繞飛和位置保持研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.5 航天器相對軌道確定的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容21-24
• 第2章 相對軌道與姿態(tài)動力學建模24-36
• 2.1 坐標系定義24-26
• 2.2 軌道相對動力學模型及其線性化26-33
• 2.3 相對姿態(tài)動力學模型33-35
• 2.4 本章小結35-36
• 第3章 近距離導引段的軌道機動魯棒控制36-60
• 3.1 引言36-37
• 3.2 問題描述37-40
• 3.3 軌道機動過程的控制器設計和H_∞性能分析40-43
• 3.4 近距離導引段閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析43-50
• 3.5 仿真算例50-59
• 3.6 本章小結59-60
• 第4章 相對位置保持階段的多目標魯棒控制60-82
• 4.1 引言60
• 4.2 相對位置保持階段的動力學模型以及控制問題描述60-64
• 4.3 航天器相對位置保持的輸出跟蹤控制器設計64-71
• 4.3.1 系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性分析64-70
• 4.3.2 H_∞意義下的擾動抑制70-71
• 4.4 仿真算例71-81
• 4.5 本章小結81-82
• 第5章 相對軌道確定的魯棒滑模觀測器設計82-97
• 5.1 引言82
• 5.2 問題描述82-84
• 5.3 相對軌道速度測量的滑模觀測器設計84-88
• 5.3.1 基于奇異系統(tǒng)理論的增廣策略84-87
• 5.3.2 魯棒滑模觀測器的增益矩陣設計87-88
• 5.4 誤差系統(tǒng)穩(wěn)定性分析88-90
• 5.5 仿真算例90-96
• 5.6 本章小結96-97
• 第6章 相對姿態(tài)跟蹤任務的自適應反步控制器設計97-122
• 6.1 引言97
• 6.2 問題描述97-101
• 6.3 虛擬控制律的設計101-102
• 6.4 自適應反步控制律的設計102-105
• 6.4.1 基于自適應方法的姿態(tài)控制器設計102-104
• 6.4.2 李雅普諾夫函數(shù)的設計104-105
• 6.5 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析105-111
• 6.6 仿真算例111-114
• 6.7 本章小結114-122
• 結論122-124
• 參考文獻124-134
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果134-136
• 致謝136-137
• 個人簡歷137

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本文編號：911385