繩系衛(wèi)星空間交會(huì)制導(dǎo)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(shè)開辟了一條嶄新的道路，在“空間系統(tǒng)維護(hù)與支援”方面具有重要的應(yīng)用潛力，而為使這一應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，繩系衛(wèi)星交會(huì)制導(dǎo)與控制的方法是個(gè)亟待解決的重要問題。針對(duì)這一問題，本文以國家863航天領(lǐng)域某重點(diǎn)項(xiàng)目為研究背景，開展了繩系衛(wèi)星與共面/異面目標(biāo)的交會(huì)制導(dǎo)與控制方法研究，主要內(nèi)容如下：
　　論文對(duì)繩系衛(wèi)星的子星與共面/異面目標(biāo)的交會(huì)任務(wù)及其制導(dǎo)與控制策略進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為解決子星與共面目標(biāo)交會(huì)方式的判斷

2、問題，提出了實(shí)現(xiàn)子星軌道面改變的必要條件，且此條件簡(jiǎn)化了子星與共面目標(biāo)交會(huì)制導(dǎo)與控制策略及其相應(yīng)算法構(gòu)建的復(fù)雜性。研究的交會(huì)階段為接近和相對(duì)位姿保持這兩個(gè)階段，為修正接近段的起始偏差和對(duì)TSS性能指標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將接近段分為初始接近和最終逼近這兩個(gè)階段。
　　其次，對(duì)繩系衛(wèi)星的子星與共面目標(biāo)的交會(huì)制導(dǎo)與控制方法進(jìn)行了研究，并解決了以下兩個(gè)問題：針對(duì)如何延長子星與共面目標(biāo)相對(duì)位置保持的時(shí)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(duì)控制誤差影響的方法；針對(duì)如何控制子星與共面目標(biāo)相對(duì)姿態(tài)保持的問題，提出了借助Lyapunov函數(shù)來構(gòu)建相對(duì)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(duì)參數(shù)不確定性的魯棒和對(duì)一般外干擾的抑制相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，還包括接近段的制導(dǎo)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(dǎo)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(duì)所組建控制方法的穩(wěn)定性進(jìn)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(shí)，Hamilton函數(shù)應(yīng)滿足的條件，即Hamilton函數(shù)沿最優(yōu)軌線保持常數(shù)。
　　最后，對(duì)繩系衛(wèi)星的子星與異面目標(biāo)的交會(huì)制導(dǎo)與控制方法進(jìn)行了研究，并解決了以下兩個(gè)問題：針對(duì)如何

5、判斷子星與異面目標(biāo)交會(huì)方式的問題，提出了系繩參數(shù)與目標(biāo)質(zhì)心軌道面在系繩松弛瞬間時(shí)的關(guān)系式；針對(duì)子星與異面目標(biāo)相對(duì)位置保持時(shí)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(duì)位置保持方法。然而，在研究子星與異面目標(biāo)的相對(duì)位置保持控制方法中也對(duì)系繩拉緊時(shí)的控制方法進(jìn)行了研究，其目的是為了說明系繩松弛時(shí)的控制方法要優(yōu)于系繩拉緊時(shí)的控制方法。除此之外，也對(duì)子星與異面目標(biāo)接近段的制導(dǎo)