繩系衛(wèi)星空間交會制導與控制方法研究.pdf

1、繩系衛(wèi)星系統(tǒng)(TSS)的提出為人類太空建設開辟了一條嶄新的道路，在“空間系統(tǒng)維護與支援”方面具有重要的應用潛力，而為使這一應用變?yōu)楝F(xiàn)實，繩系衛(wèi)星交會制導與控制的方法是個亟待解決的重要問題。針對這一問題，本文以國家863航天領域某重點項目為研究背景，開展了繩系衛(wèi)星與共面/異面目標的交會制導與控制方法研究，主要內(nèi)容如下：
　　論文對繩系衛(wèi)星的子星與共面/異面目標的交會任務及其制導與控制策略進行了設計，為解決子星與共面目標交會方式的判斷

2、問題，提出了實現(xiàn)子星軌道面改變的必要條件，且此條件簡化了子星與共面目標交會制導與控制策略及其相應算法構(gòu)建的復雜性。研究的交會階段為接近和相對位姿保持這兩個階段，為修正接近段的起始偏差和對TSS性能指標函數(shù)進行優(yōu)化，將接近段分為初始接近和最終逼近這兩個階段。
　　其次，對繩系衛(wèi)星的子星與共面目標的交會制導與控制方法進行了研究，并解決了以下兩個問題：針對如何延長子星與共面目標相對位置保持的時間問題，提出了兩種控制方法，即系繩拉緊狀態(tài)下

3、系繩速率與變結(jié)構(gòu)控制的聯(lián)合控制法和系繩松弛狀態(tài)下的變結(jié)構(gòu)控制法，所提的方法均考慮了存在模型的不確定性和外界干擾的情況，分析并指出了控制誤差產(chǎn)生的主要原因和減小其對控制誤差影響的方法；針對如何控制子星與共面目標相對姿態(tài)保持的問題，提出了借助Lyapunov函數(shù)來構(gòu)建相對姿態(tài)保持的控制方法，且該方法能用于系繩拉力力臂未知的情況，具有對參數(shù)不確定性的魯棒和對一般外干擾的抑制相結(jié)合的優(yōu)點。除此之外，還包括接近段的制導與控制方法研究。其中，在初始

4、接近段中，借助軌跡規(guī)劃法來完成制導算法的構(gòu)建，通過系繩速率與變結(jié)構(gòu)控制法的聯(lián)合來完成所需控制方法的組建，且對所組建控制方法的穩(wěn)定性進行了分析；在最終逼近段中，介紹了最優(yōu)控制問題提出的原因，并采用Gauss偽譜法來完成逼近段的優(yōu)化控制，給出了所求解為最優(yōu)解時，Hamilton函數(shù)應滿足的條件，即Hamilton函數(shù)沿最優(yōu)軌線保持常數(shù)。
　　最后，對繩系衛(wèi)星的子星與異面目標的交會制導與控制方法進行了研究，并解決了以下兩個問題：針對如何

5、判斷子星與異面目標交會方式的問題，提出了系繩參數(shù)與目標質(zhì)心軌道面在系繩松弛瞬間時的關系式；針對子星與異面目標相對位置保持時間短的問題，提出了系繩為松弛狀態(tài)下的變結(jié)構(gòu)控制法，為已有方法增添了一種能用于存在模型不確定性和外界干擾情況下的相對位置保持方法。然而，在研究子星與異面目標的相對位置保持控制方法中也對系繩拉緊時的控制方法進行了研究，其目的是為了說明系繩松弛時的控制方法要優(yōu)于系繩拉緊時的控制方法。除此之外，也對子星與異面目標接近段的制導