考虑运动约束的航天器六自由度跟踪控制研究

发布时间：2021-07-21 08:04

　　在航空航天事业高速发展的今天,在轨任务的需求变得愈加多样和复杂。早期是针对合作目标开展空间任务,之后是对非合作非对抗目标进行在轨操作,而未来则可能需要对非合作对抗目标进行控制。传统的航天器控制方法,是将其轨道和姿态分开设计控制策略,明确地表示出航天器之间的相对运动关系和影响。面对具有高速机动能力、对抗方式未知、对抗特性未知等性质的有对抗能力的非合作目标时,航天器六自由度控制方式比传统的控制方式具有更大的优势。对非合作对抗目标进行在轨操作的前提是在此类工况中对航天器的姿态和轨道的有效控制,在整个过程中需要考虑潜在的运动约束,例如视线约束和接近路径约束,最终使得航天器可以以特定的姿态悬停在某一相对位置上。本文主要是针对具有不同运动约束的航天器六自由度跟踪控制问题,开展姿轨一体控制策略的研究。主要研究内容如下:针对航天器六自由度跟踪控制问题,首先对航天器进行六自由度相对运动学建模,明确相关坐标系定义,对基于四元数的航天器姿态运动模型进行简单介绍,之后介绍对偶四元数以及相关的运算性质和优点,再分别建立基于对偶四元数的航天器六自由度运动学模型和基于对偶代数的航天器六自由度动力学模型,从而得到刚体... 

【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】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

“德国在轨服务”任务示意图以及日本空间碎片清除系统三维概念示意图

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文以被评估为在太空中具有干扰和破坏其他卫星工作的能力[2]。对于非合作目标轨操作，具有很多操作难点仍待解决，例如：非合作目标无法为航天器提供轨信息、目标的质量等动力学参数无法直接获取等问题，而面对带有机动能非合作目标进行在轨操作时，还需要考虑其可能出现的高机动性、主动对抗被动逃逸性等一系列博弈行为，单纯使用针对不带有机动能力的非合作目标统在轨操作很可能满足不了航天器之间的博弈特性，但仍旧可以从其中的先间操作技术进行借鉴和改进，从而解决一些对带有机动能力的非合作目标的问题。

图 1-3 考虑运动约束的两航天器相对运动控制示意图国内外研究现状分析第2章 航天器六自由度相对运动建模基于对偶四元数的运动学模型 基于对偶代数的动力学模型第1章 绪论主要研究内容第3章 考虑视线约束的航天器六自由度跟踪控制无运动约束的跟踪控制 考虑视线约束的跟踪控制运动约束描述设计势函数与控制律设计控制律第4章 考虑路径约束的航天器六自由度跟踪控制运动约束描述设计势函数与控制律

【参考文献】：
期刊论文
[1]空间交会对接的发展历程[J]. 林来兴.  国际太空. 2018(10)
[2]敏捷凝视卫星密集点目标聚类与最优观测规划[J]. 耿远卓,郭延宁,李传江,马广富,李文博.  控制与决策. 2020(03)
[3]国外空间对抗装备与技术发展动向分析[J]. 张保庆.  军事文摘. 2018(11)
[4]国外在轨服务系统最新发展(上)[J]. 王雪瑶.  国际太空. 2017(10)
[5]国外空间攻防能力现状与趋势分析[J]. 韩洪涛,王友利.  中国航天. 2015(09)
[6]与自由翻滚目标近距离段交会对接的相对姿轨耦合控制[J]. 姜博严,胡庆雷,石忠,马广富.  宇航学报. 2014(01)
[7]航天器规避动态障碍物的自适应人工势函数制导[J]. 高鹏,罗建军.  中国空间科学技术. 2012(05)
[8]国外空间攻防武器动力系统技术发展概述[J]. 任建军.  火箭推进. 2012(01)
[9]航天器姿轨耦合自适应同步控制[J]. 铁钰嘉,杨伟,岳晓奎.  西北工业大学学报. 2012(01)
[10]非合作自主交会对接的动态障碍物躲避制导[J]. 宋申民,张大伟,裴润.  中国空间科学技术. 2010(06)

博士论文
[1]航天器姿轨一体化动力学建模、控制与导航方法研究[D]. 王剑颖.哈尔滨工业大学 2013
[2]对偶四元数导航算法与非线性高斯滤波研究[D]. 武元新.国防科学技术大学 2005



本文编号：3294643