空间目标抓捕后欠驱动组合体姿态稳定控制
发布时间：2021-08-24 21:55
在进行空间碎片主动清除、废弃卫星回收、零部件拆卸和替换等操作时,待处理对象通常失去了自身控制的能力,甚至不存在控制系统。对这类目标进行抓捕后,由主动航天器上的执行机构接管组合体的姿态稳定控制是一种直接且有效的方法。要实现组合体的姿态稳定,执行机构通常需要提供不少于三轴的控制输入。然而在长时间的空间任务中,主动航天器上的执行机构可能出现失效的情况,从而导致系统无法提供独立的三轴姿态控制输入力矩。这种执行机构不是完整配置的情况称为欠驱动。出于对任务安全的考虑和执行机构容错性的要求,有必要研究欠驱动状态下的组合体姿态稳定控制问题。除了因执行机构失效造成的欠驱动状态,在空间操作过程中,为了降低主动航天器的发射成本,也可以通过较少的控制执行机构实现系统的稳定控制。考虑到上述执行机构失效的可能性和对航天器成本的节约,有必要研究欠驱动这一极端状态下的组合体姿态稳定控制问题,进而为设计合适的执行机构配置提供理论支撑。欠驱动组合体姿态稳定控制的关键问题包括:（1）如何建立能够反映欠驱动组合体姿态耦合的动力学模型。（2）干扰处理与控制。由于欠驱动轴上的干扰力矩分量只能通过受控轴运动进行补偿,而组合体模型中...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
DEOS示意图
执行机构冗余的要求。本文正是面向这些要求，对少于三轴输入的欠驱动组合体姿制进行研究。所得控制律可拓展至多星协同、多星编队等未来的空间任务需求中具有实际应用价值和广阔的应用空间。2 相关领域研究现状在进行欠驱动组合体姿态稳定控制的研究之前，有必要对国内外相关领域的研究现行回顾。包括有代表性的空间在轨抓捕任务，空间在轨抓捕后组合体控制研究，欠控制研究以及目前针对空间任务验证的地面实验现状。.1 空间在轨抓捕任务现状目前世界上各个航天大国均在迅速发展空间在轨操作能力，并提出了一系列相关项行预研或是理论验证[13-15]，包括工程试验卫星 VII （ETS-VII/ KIKU-7）项目[16,17]快车任务（Orbital Express Mission）[18]，空间系统演示验证卫星项目（TECSAS OS）[19]，SUMO-FREND-PHOENIX[20]项目和 SpaceX 的空间探索技术验证项目（Spacploration Technologies）等。我国也于 2013 年发射了试验 7 号卫星，对空间机械臂进原理性试验。
质心 为组合体质心坐标系 的原点，因此有： 分别为组合体质心至主动航天器质心，目标质心下三式计算得出：定理，有机械臂的转动惯量 体各部件矢量示意图 图 2-5 机械臂杆件
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Gauss伪谱法的欠驱动航天器姿态优化控制[J]. 易中贵,戈新生. 应用数学和力学. 2017(12)
[2]组合体航天器有限时间超螺旋反步姿态控制[J]. 马广富,高寒,吕跃勇,宋婷,袁建平. 宇航学报. 2017(11)
[3]欠驱动航天器姿态最优控制的近似动态规划方法[J]. 王明泽,戈新生. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]空间机器人双臂捕获卫星力学分析及镇定控制[J]. 程靖,陈力. 力学学报. 2016(04)
[5]欠驱动航天器飞轮控制方法[J]. 张佳为,许诺,伍少雄. 宇航学报. 2016(05)
[6]欠驱动3D刚体摆姿态稳定的退步控制[J]. 袁萍萍,戈新生. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2016(02)
[7]欠驱动挠性航天器的全姿态控制[J]. 张洪华,王芳,胡锦昌,王泽国. 宇航学报. 2015(04)
[8]空间机器人协调控制全物理仿真设计与验证[J]. 王颖,韩冬,刘涛. 空间控制技术与应用. 2015(02)
[9]基于分层滑模方法的欠驱动3D刚体摆姿态控制[J]. 赵旭,戈新生. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2014(06)
[10]基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制[J]. 于靖,陈谋,姜长生. 控制理论与应用. 2014(08)
博士论文
[1]高阶滑模控制理论及其在欠驱动系统中的应用研究[D]. 杨洁.北京理工大学 2015
[2]空间机器人目标抓捕后姿态接管控制研究[D]. 王明.西北工业大学 2015
[3]几类欠驱动机器人系统的滑模控制与应用[D]. 丁凤.华中科技大学 2013
[4]带有非完整约束的欠驱动航天器控制方法研究[D]. 庄宇飞.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3360791
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
DEOS示意图
执行机构冗余的要求。本文正是面向这些要求，对少于三轴输入的欠驱动组合体姿制进行研究。所得控制律可拓展至多星协同、多星编队等未来的空间任务需求中具有实际应用价值和广阔的应用空间。2 相关领域研究现状在进行欠驱动组合体姿态稳定控制的研究之前，有必要对国内外相关领域的研究现行回顾。包括有代表性的空间在轨抓捕任务，空间在轨抓捕后组合体控制研究，欠控制研究以及目前针对空间任务验证的地面实验现状。.1 空间在轨抓捕任务现状目前世界上各个航天大国均在迅速发展空间在轨操作能力，并提出了一系列相关项行预研或是理论验证[13-15]，包括工程试验卫星 VII （ETS-VII/ KIKU-7）项目[16,17]快车任务（Orbital Express Mission）[18]，空间系统演示验证卫星项目（TECSAS OS）[19]，SUMO-FREND-PHOENIX[20]项目和 SpaceX 的空间探索技术验证项目（Spacploration Technologies）等。我国也于 2013 年发射了试验 7 号卫星，对空间机械臂进原理性试验。
质心 为组合体质心坐标系 的原点，因此有： 分别为组合体质心至主动航天器质心，目标质心下三式计算得出：定理，有机械臂的转动惯量 体各部件矢量示意图 图 2-5 机械臂杆件
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Gauss伪谱法的欠驱动航天器姿态优化控制[J]. 易中贵,戈新生. 应用数学和力学. 2017(12)
[2]组合体航天器有限时间超螺旋反步姿态控制[J]. 马广富,高寒,吕跃勇,宋婷,袁建平. 宇航学报. 2017(11)
[3]欠驱动航天器姿态最优控制的近似动态规划方法[J]. 王明泽,戈新生. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]空间机器人双臂捕获卫星力学分析及镇定控制[J]. 程靖,陈力. 力学学报. 2016(04)
[5]欠驱动航天器飞轮控制方法[J]. 张佳为,许诺,伍少雄. 宇航学报. 2016(05)
[6]欠驱动3D刚体摆姿态稳定的退步控制[J]. 袁萍萍,戈新生. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2016(02)
[7]欠驱动挠性航天器的全姿态控制[J]. 张洪华,王芳,胡锦昌,王泽国. 宇航学报. 2015(04)
[8]空间机器人协调控制全物理仿真设计与验证[J]. 王颖,韩冬,刘涛. 空间控制技术与应用. 2015(02)
[9]基于分层滑模方法的欠驱动3D刚体摆姿态控制[J]. 赵旭,戈新生. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2014(06)
[10]基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制[J]. 于靖,陈谋,姜长生. 控制理论与应用. 2014(08)
博士论文
[1]高阶滑模控制理论及其在欠驱动系统中的应用研究[D]. 杨洁.北京理工大学 2015
[2]空间机器人目标抓捕后姿态接管控制研究[D]. 王明.西北工业大学 2015
[3]几类欠驱动机器人系统的滑模控制与应用[D]. 丁凤.华中科技大学 2013
[4]带有非完整约束的欠驱动航天器控制方法研究[D]. 庄宇飞.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3360791
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