橢圓軌道交會(huì)對(duì)接有限時(shí)間控制問題研究.pdf

1、航天技術(shù)是當(dāng)今世界科技中最尖端的技術(shù)之一，也是一個(gè)國家綜合國力與科技水平的重要標(biāo)志。航天器交會(huì)對(duì)接是進(jìn)行深空探索、拓展人類生存空間的重要步驟，也是航天領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一?？臻g交會(huì)對(duì)接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)諸如空間站的物資補(bǔ)給、航天員的交換和營救、航天器的在軌裝配和維護(hù)等在軌服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)與先決條件。自主交會(huì)對(duì)接作為空間交會(huì)對(duì)接的主要趨勢(shì)，最終逼近段是其中的一個(gè)重要階段。本論文以航天器橢圓軌道交會(huì)對(duì)接為背景，針對(duì)交會(huì)對(duì)接的最終逼近階段，研究了在橢

2、圓軌道上航天器的相對(duì)位置與相對(duì)姿態(tài)的控制器設(shè)計(jì)問題，從理論的角度出發(fā)，提出了一套有限時(shí)間收斂的控制方案。
　　首先，本文建立了數(shù)學(xué)模型以方便對(duì)航天器交會(huì)對(duì)接問題的分析，包括軌道動(dòng)力學(xué)模型與姿態(tài)描述模型。在常用基本坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上給出了適用于橢圓軌道的相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型;介紹了用于描述航天器姿態(tài)的歐拉四元數(shù)法，并基于此給出了航天器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與動(dòng)力學(xué)模型。
　　其次，對(duì)近年來引起人們的廣泛興趣的有限時(shí)間控制設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介

3、紹，給出了有限時(shí)間穩(wěn)定性的定義以及判定控制系統(tǒng)有限時(shí)間穩(wěn)定的定理。
　　隨后，針對(duì)航天器的橢圓軌道相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型，在考慮外界擾動(dòng)的情況下，利用有限時(shí)間控制方法，分別基于傳統(tǒng)FTSM模型和改進(jìn)FTSM模型進(jìn)行了有限時(shí)間控制器的設(shè)計(jì)，并通過仿真驗(yàn)證了控制算法是有效的。
　　然后，本論文針對(duì)追蹤航天器與自由翻滾的目標(biāo)航天器進(jìn)行近距離交會(huì)對(duì)接的姿軌耦合控制問題，建立了相對(duì)姿軌一體化耦合模型，并在考慮未知有界擾動(dòng)與控制輸入飽合的情況下