微纳星近场操作控制技术研究
发布时间：2021-04-30 10:38
服务航天器近场操作技术可以提高空间服务的工作效率和实时性。由于近场操作过程需要精确的位置和姿态控制,并且控制方法的有效性会直接影响服务航天器的性能和最终的服务质量,因此,本文对近场操作过程中需要用到的控制技术进行了深入地研究。以微纳星对运行于地球同步轨道附近的非合作目标航天器抵近飞行以执行在轨监视任务为背景,为了高精度地抵近飞行,将整个近场操作过程分为两个阶段:微纳星与目标航天器的相对距离从400m到100m的第一阶段以及相对距离从100m到10m的第二阶段,并详细研究了微纳星在这两个阶段所需的控制方法。本文首先研究了近场操作过程中的模型建立问题,建立了相对运动轨道动力学模型和姿态运动模型。研究了微纳星在近场操作第一阶段采用的控制方法,通过对推力器布局的分析,针对脉冲推力工作模式,基于查表法设计了推力分配方案。设计了基于转动-点火-转动的制导逻辑与控制逻辑来实现轨道控制与姿态控制的切换,同时设计了非奇异快速终端滑模力矩控制器。最后通过仿真得到最终的相对位置误差为0.273 1m,相对速度误差为0.002 m s,相对姿态和角速度可以在很短的时间内收敛,从而验证了制导与控制逻辑的有效性以...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 近场操作任务的发展情况及分析
1.2.2 基于脉冲推力的相对轨道控制方法的研究现状及分析
1.2.3 基于连续推力的相对轨道控制方法的研究现状及分析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 动力学建模与推力分配方案设计
2.1 引言
2.2 坐标系定义
2.3 动力学模型
2.3.1 相对运动轨道动力学模型
2.3.2 姿态动力学模型
2.3.3 姿态运动学模型
2.4 控制策略设计与推力分配方案设计
2.4.1 控制策略设计
2.4.2 推力器布局分析
2.4.3 基于查表法的推力分配方案
2.4.4 基于线性规划法的推力分配方案
2.5 本章小结
第3章 非奇异快速终端滑模控制方法研究
3.1 引言
3.2 控制系统设计
3.2.1 制导逻辑设计
3.2.2 控制算法设计
3.3 数值仿真
3.3.1 仿真设置
3.3.2 仿真结果及分析
3.4 本章小结
第4章 基于序列凸规划的模型预测控制方法研究
4.1 引言
4.2 控制算法设计
4.2.1 问题描述
4.2.2 凸化处理
4.2.3 序列凸规划方法
4.2.4 基于序列凸规划的模型预测控制算法
4.3 数值仿真
4.3.1 仿真设置
4.3.2 仿真结果及分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间在轨服务技术及发展现状与趋势[J]. 王晓海. 卫星与网络. 2016(03)
[2]多约束航天器飞越式接近的两级运动规划方法[J]. 郝瑞,孟云鹤,郭胜鹏. 上海航天. 2015(03)
[3]空间非合作目标的逼近控制仿真研究[J]. 张鑫,张雅声,姚红. 空间控制技术与应用. 2014(05)
[4]接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制[J]. 高登巍,罗建军,马卫华,康志宇,陈晓光. 宇航学报. 2013(06)
[5]在轨服务航天器对目标的相对位置和姿态耦合控制[J]. 卢伟,耿云海,陈雪芹,王峰. 航空学报. 2011(05)
[6]近距离航天器相对轨道的鲁棒自适应控制[J]. 梅杰,马广富. 宇航学报. 2010(10)
[7]服务航天器近距离操作四维运动规划方法研究[J]. 王平,郭继峰,史晓宁,崔乃刚. 控制与决策. 2010(10)
[8]最优双冲量交会问题的数学建模与数值求解[J]. 佘志坤,薛白,丛源良,刘铁钢,郑志明. 宇航学报. 2010(01)
[9]航天器近距离相对运动的鲁棒约束模型预测控制[J]. 朱彦伟,杨乐平. 控制理论与应用. 2009(11)
[10]非合作目标的自主接近控制律研究[J]. 卢山,徐世杰. 中国空间科学技术. 2008(05)
博士论文
[1]基于预测控制的微型共轴无人直升机飞行控制研究[D]. 柯吉.西北工业大学 2015
[2]航天器近距离操作自主防撞控制方法研究[D]. 杨维维.国防科学技术大学 2013
[3]接近空间目标的追踪航天器控制方法研究[D]. 邬树楠.哈尔滨工业大学 2012
[4]空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D]. 王平.哈尔滨工业大学 2010
[5]在轨服务航天器对目标逼近过程动力学与控制研究[D]. 王峰.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]自由漂浮空间机器人抓捕目标的运动规划研究[D]. 程相卿.哈尔滨工业大学 2014
[2]高超声速飞行器再入末段轨迹在线优化[D]. 路钊.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3169373
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 近场操作任务的发展情况及分析
1.2.2 基于脉冲推力的相对轨道控制方法的研究现状及分析
1.2.3 基于连续推力的相对轨道控制方法的研究现状及分析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 动力学建模与推力分配方案设计
2.1 引言
2.2 坐标系定义
2.3 动力学模型
2.3.1 相对运动轨道动力学模型
2.3.2 姿态动力学模型
2.3.3 姿态运动学模型
2.4 控制策略设计与推力分配方案设计
2.4.1 控制策略设计
2.4.2 推力器布局分析
2.4.3 基于查表法的推力分配方案
2.4.4 基于线性规划法的推力分配方案
2.5 本章小结
第3章 非奇异快速终端滑模控制方法研究
3.1 引言
3.2 控制系统设计
3.2.1 制导逻辑设计
3.2.2 控制算法设计
3.3 数值仿真
3.3.1 仿真设置
3.3.2 仿真结果及分析
3.4 本章小结
第4章 基于序列凸规划的模型预测控制方法研究
4.1 引言
4.2 控制算法设计
4.2.1 问题描述
4.2.2 凸化处理
4.2.3 序列凸规划方法
4.2.4 基于序列凸规划的模型预测控制算法
4.3 数值仿真
4.3.1 仿真设置
4.3.2 仿真结果及分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间在轨服务技术及发展现状与趋势[J]. 王晓海. 卫星与网络. 2016(03)
[2]多约束航天器飞越式接近的两级运动规划方法[J]. 郝瑞,孟云鹤,郭胜鹏. 上海航天. 2015(03)
[3]空间非合作目标的逼近控制仿真研究[J]. 张鑫,张雅声,姚红. 空间控制技术与应用. 2014(05)
[4]接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制[J]. 高登巍,罗建军,马卫华,康志宇,陈晓光. 宇航学报. 2013(06)
[5]在轨服务航天器对目标的相对位置和姿态耦合控制[J]. 卢伟,耿云海,陈雪芹,王峰. 航空学报. 2011(05)
[6]近距离航天器相对轨道的鲁棒自适应控制[J]. 梅杰,马广富. 宇航学报. 2010(10)
[7]服务航天器近距离操作四维运动规划方法研究[J]. 王平,郭继峰,史晓宁,崔乃刚. 控制与决策. 2010(10)
[8]最优双冲量交会问题的数学建模与数值求解[J]. 佘志坤,薛白,丛源良,刘铁钢,郑志明. 宇航学报. 2010(01)
[9]航天器近距离相对运动的鲁棒约束模型预测控制[J]. 朱彦伟,杨乐平. 控制理论与应用. 2009(11)
[10]非合作目标的自主接近控制律研究[J]. 卢山,徐世杰. 中国空间科学技术. 2008(05)
博士论文
[1]基于预测控制的微型共轴无人直升机飞行控制研究[D]. 柯吉.西北工业大学 2015
[2]航天器近距离操作自主防撞控制方法研究[D]. 杨维维.国防科学技术大学 2013
[3]接近空间目标的追踪航天器控制方法研究[D]. 邬树楠.哈尔滨工业大学 2012
[4]空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D]. 王平.哈尔滨工业大学 2010
[5]在轨服务航天器对目标逼近过程动力学与控制研究[D]. 王峰.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]自由漂浮空间机器人抓捕目标的运动规划研究[D]. 程相卿.哈尔滨工业大学 2014
[2]高超声速飞行器再入末段轨迹在线优化[D]. 路钊.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3169373
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3169373.html
