局部慣量未知的航天器組合體姿態(tài)控制.pdf

1、隨著空間技術(shù)的發(fā)展，在軌服務(wù)技術(shù)得到了各航天大國更多的矚目和關(guān)注。在軌服務(wù)航天器是實(shí)現(xiàn)在軌服務(wù)的核心載體。作為空間的加油站和維修站，在軌服務(wù)航天器的作用也日益凸顯。本論文以在軌服務(wù)為背景，主要研究了在軌服務(wù)航天器與失控目標(biāo)航天器組合后所形成的航天器組合體的姿態(tài)控制問題，具體的研究內(nèi)容如下：
　　當(dāng)攜帶有效載荷的目標(biāo)航天器在空中失控后，服務(wù)航天器與之進(jìn)行交會(huì)對接,形成航天器組合體并控制其姿態(tài)，協(xié)助其完成空間任務(wù)。組合體的質(zhì)量特性與服

2、務(wù)航天器相比有顯著變化，考慮航天器質(zhì)量特性的顯著變化是本文姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。當(dāng)與質(zhì)量特性未知的目標(biāo)航天器進(jìn)行組合，組合體質(zhì)量特性辨識或者辨識存在誤差等都使航天器組合體的慣量具有了一定的不確定性?？紤]航天器組合體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的不確定性是本文的另一個(gè)研究重點(diǎn)。本文考慮服務(wù)航天器與慣量精確已知，慣量通過辨識而具有一定不確定性和慣量無法辨識或未經(jīng)辨識三種情況下的目標(biāo)航天器對接后形成航天器組合體，分別設(shè)計(jì)服務(wù)航天器的姿態(tài)控制器實(shí)現(xiàn)對組合體的姿

3、態(tài)控制。
　　當(dāng)目標(biāo)航天器的慣量精確已知時(shí)，考慮航天器組合體相對于服務(wù)航天器慣量增大的情況，提出了基于極點(diǎn)配置的與慣量相關(guān)的姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)方法。當(dāng)航天器慣量變化時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定速率不受影響。
　　當(dāng)組合航天器的慣量值經(jīng)辨識后存在誤差時(shí)，考慮航天器組合體慣量不確定性和外界干擾力矩因素的影響，通過李亞普諾夫穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)與極點(diǎn)相關(guān)的滑模函數(shù)參數(shù)值，設(shè)計(jì)了基于極點(diǎn)配置的滑?？刂破?，并證明了其穩(wěn)定性。
　　當(dāng)組合航天器慣量未知時(shí)

4、，可以將航天器組合體視為具有大不確定性慣量的服務(wù)航天器。為保證滑模增益對大慣量不確定性的魯棒性，同時(shí)減小系統(tǒng)到達(dá)平衡位置附近時(shí)的抖振現(xiàn)象，設(shè)計(jì)自適應(yīng)時(shí)變滑模增益，并增加自適應(yīng)控制項(xiàng)。通過李雅普諾夫穩(wěn)定性定理設(shè)計(jì)與極點(diǎn)相關(guān)的滑模增益并證明其穩(wěn)定性。極點(diǎn)配置控制器和滑?？刂破骶梢暈樵摽刂破髦械囊徊糠郑虼藢τ趹T量精確已知和部分未知的航天器組合體該控制器均可適用。
　　控制器參數(shù)與極點(diǎn)和已知慣量部分相關(guān)，根據(jù)系統(tǒng)性響應(yīng)指標(biāo)設(shè)計(jì)極點(diǎn)即可