服务航天器主动绕飞观测的建模与控制

发布时间：2021-06-11 11:08

　　围绕服务航天器对目标任意方位绕飞观测操作,提出一种可灵活配置多种相对运动构型的绕飞建模方法。将绕飞分为过渡过程和绕飞过程2个阶段。通过对绕飞过渡过程采用S型速度曲线进行规划,使服务飞行器从任意初始方位平稳地进入绕飞平面。定义轨迹规划坐标系和期望姿态坐标系,将三维绕飞观测转化为二维轨迹设计与期望姿态解算,实现了绕飞观测的降维设计。定义期望绕飞矢量,实现绕飞构型的灵活配置。建立了相对轨道误差动力学模型,将对绕飞轨迹的跟踪控制转化为对跟踪误差的调节器设计。综合考虑轨道、姿态与挠性附件振动间的耦合作用,设计了基于模态观测器的姿轨联合控制律。数学仿真结果表明了该方法的正确性。 

【文章来源】：航天控制. 2020,38(03)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

轨迹规划坐标系

期望姿态坐标系Oq-XqYqZq:如图2所示，原点Oq位于服务航天器质心，Xq从服务航天器质心指向目标，Zq在绕飞平面且与绕飞方向反向，Yq与Xq、Zq构成右手系。此坐标系用于服务航天器绕飞时姿态的跟踪。1.2 绕飞轨迹设计

图3中，rs和rt分别是服务航天器和目标在惯性系的位置矢量，服务航天器相对目标的位置矢量为rst=rs-rt。定义实际相对位置矢量rst与期望绕飞矢量l的绕飞误差矢量为Δr，有rst=l+Δr，在OT-XTYTZT下，建立相对轨道误差运动学和动力学模型为采用四元数作为姿态描述参数，Ob-XbYbZb相对Oq-XqYqZq的相对四元数为Qe=[qe0qe1qe2qe3]T,qe=[qe1qe2qe3]T为Qe的矢量部分。

【参考文献】：
期刊论文
[1]六自由度机器人S型曲线速度规划[J]. 刘蕾,曾辉,柳贺,孙英飞.  计算技术与自动化. 2015(02)
[2]基于滚动优化和微分Theta-D方法的快速绕飞航天器姿轨协同控制[J]. 朱志斌,李果,何英姿,魏春岭.  宇航学报. 2012(02)
[3]快速绕飞卫星空间圆编队设计方法[J]. 王功波,孟云鹤,郑伟,汤国建.  宇航学报. 2010(11)
[4]航天器近距离相对运动轨迹设计与控制[J]. 朱彦伟,杨乐平.  宇航学报. 2009(05)
[5]卫星编队飞行的轨道和姿态GPS自主同步反馈控制（英文）[J]. 邢光谦,休斯特·帕维斯,戴维·福奥特.  前沿科学. 2008(02)
[6]共面快速受控绕飞轨迹设计与控制[J]. 罗建军,杨宇和,袁建平.  宇航学报. 2006(06)



本文编号：3224421