航天器自主交會(huì)對(duì)接制導(dǎo)與控制方法研究.pdf

1、航天器空間自主交會(huì)對(duì)接是實(shí)現(xiàn)航天器在軌組裝、維護(hù)、物資交換、補(bǔ)給以及人員訪問載人航天器等高級(jí)空間操作的前提，是我國載人航天工程后續(xù)任務(wù)必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。為配合我國載人航天、組建空間站和探月等重大工程計(jì)劃，為我國未來空間自主交會(huì)對(duì)接任務(wù)提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)儲(chǔ)備，本文從當(dāng)前和未來航天發(fā)展對(duì)空間自主交會(huì)對(duì)接的技術(shù)需要出發(fā)，以我國863國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目為背景，按遠(yuǎn)近順序?qū)ψ灾鹘粫?huì)對(duì)接過程中相關(guān)階段與問題的制導(dǎo)與控制方法進(jìn)行了

2、研究。
　　首先，研究了軌道轉(zhuǎn)移階段中雙脈沖軌道轉(zhuǎn)移的燃料-時(shí)間綜合優(yōu)化問題。詳細(xì)描述了變軌點(diǎn)與交會(huì)時(shí)間均待定的雙脈沖軌道轉(zhuǎn)移問題，利用變量代換推導(dǎo)了Lambert飛行時(shí)間定理計(jì)算公式的變形形式，并與改進(jìn)的遺傳算法相結(jié)合，設(shè)計(jì)了燃料-時(shí)間綜合最優(yōu)的智能優(yōu)化算法計(jì)算流程，避免了傳統(tǒng)方法在計(jì)算上的繁瑣與復(fù)雜。通過對(duì)比不同情況下的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真結(jié)果，驗(yàn)證了方法的正確性與可行性，并分析了燃料-時(shí)間綜合優(yōu)化的特點(diǎn)。
　　其次，研究了非

3、合作自主交會(huì)對(duì)接近距離交會(huì)階段中動(dòng)態(tài)障礙物躲避的制導(dǎo)方法。在非合作目標(biāo)航天器的情況下，結(jié)合模糊控制系統(tǒng)和Gaussian函數(shù)設(shè)計(jì)了制導(dǎo)律，解決了包含相對(duì)速度信息的動(dòng)態(tài)障礙物躲避問題。而后把人工勢(shì)函數(shù)制導(dǎo)方法應(yīng)用于此問題中，給出了詳細(xì)的穩(wěn)定性分析證明，并分析總結(jié)了勢(shì)函數(shù)制導(dǎo)方法對(duì)于不同相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況時(shí)的特點(diǎn)與局限性。隨后為了克服分析出的局限性，把模糊系統(tǒng)與勢(shì)函數(shù)制導(dǎo)結(jié)合起來設(shè)計(jì)了相應(yīng)的制導(dǎo)律，解決了包含速度信息的動(dòng)態(tài)障礙物躲避問題。最后通過

4、計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真，驗(yàn)證了以上方法的正確性與可行性。
　　再次，研究了非合作自主交會(huì)對(duì)接近距離交會(huì)階段滿足安全接近限制條件的制導(dǎo)方法。同樣在非合作目標(biāo)航天器的情況下，設(shè)計(jì)了一種基于橢圓蔓葉線的安全接近限制，進(jìn)而利用勢(shì)函數(shù)制導(dǎo)方法設(shè)計(jì)了相應(yīng)的制導(dǎo)律，保證了追蹤航天器在一定的初始位置條件下，在接近目標(biāo)航天器的過程中能夠運(yùn)行在其最終接近走廊范圍內(nèi)。隨后設(shè)計(jì)了一種球錐形安全接近限制，并結(jié)合模糊系統(tǒng)與勢(shì)函數(shù)制導(dǎo)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的制導(dǎo)律，使追蹤航天器從

5、任意方向接近目標(biāo)航天器時(shí)，均可確保其運(yùn)動(dòng)軌跡的安全性并使其運(yùn)行在目標(biāo)最終接近走廊范圍內(nèi)。對(duì)于所設(shè)計(jì)的制導(dǎo)方法，給出了詳細(xì)的穩(wěn)定性理論分析與證明，最后通過計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真，驗(yàn)證了方法的正確性與可行性。
　　最后，研究了非合作自主交會(huì)對(duì)接近距離交會(huì)階段軌道姿態(tài)耦合情況下的協(xié)同控制方法。依然在非合作目標(biāo)航天器的情況下，分析了航天器軌道姿態(tài)耦合中由于制導(dǎo)加速度作用點(diǎn)與質(zhì)心存在偏差所帶來的干擾力矩，給出了軌道姿態(tài)耦合的數(shù)學(xué)模型。隨后利用滑模面