基于自抗扰的空间交会对接轨道控制研究

发布时间：2017-12-17 18:07

本文关键词：基于自抗扰的空间交会对接轨道控制研究

【摘要】：随着人类对太空探索需求的不断增大,空间交会对接技术越来越受到各个国家的重视。对于空间交会对接而言,如何以精度高、鲁棒性好、燃料消耗少的方式完成空间交会对接任务一直是这个领域的研究热点,为此,本文从空间交会对接轨道控制研究现状中存在的不足与缺陷入手,对交会对接的动力学模型以及控制方法等问题进行研究,本文的主要工作内容可归纳为： (1)建立交会对接的圆轨道动力学模型以及椭圆轨道动力学模型,分别解出模型的解析解,接着对模型的特性进行分析,并通过仿真实验验证了其特性,进而指出了在对圆轨道和椭圆轨道的交会对接进行控制时所存在的问题以及难点。 (2)在轨道控制中,系统需要进行平滑无超调、鲁棒性好、节约燃料的控制,因此,常规的控制器很难满足平稳精确的控制要求。为此,在轨道控制中引入设定值规划,在系统的初始坐标和目标坐标之间,将最终目标细化分级为逐步到达的平滑的S型曲线形式来建立设定值规划,所设计的S型曲线形式的设定值规划具有加速段、匀速段和减速段三个典型运动过程,从而更有利于实现平稳的轨道控制。 (3)将设定值规划与特征建模相结合,设计了基于设定值规划的黄金分割控制器和非线性黄金分割控制器。为了验证设定值规划所带来的优势,又设计了基于设定值规划的跟踪微分器控制以及PD控制。在圆轨道空间交会停靠位置控制系统中进行了仿真实验,验证了所设计控制器的优越性。 (4)对于缺少椭圆轨道信息条件下的空间自主交会而言,其控制难度非常大,为此,本文提出了一种基于自抗扰控制器的控制方法。该算法在椭圆轨道动力学模型基础上通过在目标值与初始值之间加入设定值规划,以此来解决系统超调与快速性之间的矛盾。通过扩张状态观测器对动力学模型中无法实时获取的时变参数和外界干扰进行在线估计,从而将得到的估计值通过非线性反馈控制律进行实时补偿,以此达到控制的目的。在无外界干扰和有外界干扰的情况下分别对椭圆轨道控制进行仿真实验,验证了所设计控制器的可行性以及优势。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V526;V448.2

【参考文献】

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