对抗性非合作目标航天器姿态接管控制方法研究
发布时间：2021-10-17 03:18
目前姿轨控相关系统故障是发生在在轨失效航天器上最常见的故障情形,通常这类失效航天器的有效载荷完好并能继续工作,采用接管控制技术恢复其姿轨控能力是一种可行的解决思路。考虑到多数在轨运行的航天器未预先经过可维修性设计,属于空间非合作目标,因此针对非合作目标开展姿态接管控制技术研究更具有实际意义。然而非合作目标通常存在模型信息未知、机动能力不明等问题,特别是具有对抗性机动能力的目标可能与服务航天器发生有意识对抗或无意识对抗等复杂情况,这为组合体姿态建模方法的研究和接管控制技术的实现带来了巨大挑战。因此,本文面向对抗性非合作目标开展姿态接管控制技术的研究工作,主要研究内容和研究成果如下:首先研究了对抗性非合作目标捕获后的组合体航天器姿态运动学和动力学建模问题。考虑完全约束组合体航天器模型参数未知、非合作目标机动能力不明的特点,提出了基于“服务航天器输入激励-系统状态响应”映射关系的组合体姿态动力学建模方法。该方法仅描述组合体系统的激励-响应映射关系,有效避免了基于结构机理的精确建模方法的复杂性问题。然后针对非合作目标产生的无意识对抗性扰动,基于输入-状态稳定性理论设计了干扰抑制控制器。通过李雅...
【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】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同国家在轨服务任务示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-图1-3论文结构安排第1章为绪论部分。首先介绍了本文的研究背景以及研究目的和意义。然后，围绕非合作目标捕获后的组合体航天器姿态运动建模和姿态控制这两方面研究内容，介绍了相关理论与技术的国内外研究现状。主要就组合体姿态运动建模方法、组合体系统在轨参数辨识方法、基于参数不确定性的组合体姿态控制方法、数据驱动的无模型组合体姿态控制方法、以及考虑目标具有机动能力的接管控制方法这几方面进行了文献综述和分析。最后介绍了本文的结构安排和各章的主要内容。第2章为组合体航天器姿态运动建模研究。针对服务航天器抓捕非合作目标后形成的组合航天器姿态建模问题提出了新的建模方法。首先，给出相关坐标系的定义，并在此基础上采用四元数法分别描述服务航天器和目标的姿态运动学。然后，根据完全约束组合体的特点建立服务航天器与目标的运动约束关系，并推导出以空间机械臂为媒介的相互作用力矩，进而建立从服务航天器到组合体系统的激励-响应映射关系模型，即组合体姿态动力学模型。最后，通过与Adams动力学软件进行对比仿真，验证了所提模型的正确
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-16-坐标系原点定义为航天器质心，bbOX、bbOY、bbOZ三轴与航天器本体固连，随航天器自身转动而转动，并满足右手正交坐标系旋转关系，且本体坐标系三轴往往与固连在航天器上的惯性基准坐标轴方向重合。图2-1参考坐标系示意图2.2.2组合体姿态运动建模思路为了避免传统基于组合体结构机理的建模方法带来的复杂性问题，本文的建模方法仅考虑对组合体在服务航天器主动激励下产生的响应进行准确描述，为后续开展不依赖于模型的姿态接管控制方法研究提供数据基矗考虑非合作目标具有未知机动能力的情况，将捕获目标后的组合体作为研究对象，系统结构如图2-2所示。空间机械臂鉴于其操控的灵活性，已被广泛设计用于在轨服务任务中，特别是在捕获有故障的卫星等非合作目标方面。在本文中，假设有两个对称地安装在服务上的机械手（标记为左右机械手）。其中，假设服务航天器与目标均为刚体，刚性机械臂在抓牢目标后立即锁定，构成具有固定构型的完全约束组合体，由于目标参数信息未知，故组合体的惯量参数未知。本文基于组合体在服务航天器主动激励下的响应映射关系提出一种新的建模方法，该方法避免对系统直接建模导致的复杂性问题，并且不依赖于被捕目
【参考文献】：
期刊论文
[1]多颗微小卫星接管失效航天器姿态运动的微分博弈学习控制[J]. 韩楠,罗建军,柴源. 中国科学:信息科学. 2020(04)
[2]失效航天器姿态接管的SDRE微分博弈控制[J]. 柴源,罗建军,韩楠,谢剑锋. 宇航学报. 2020(02)
[3]基于追逃博弈的非合作目标接近控制[J]. 柴源,罗建军,王明明,韩楠. 宇航总体技术. 2020(01)
[4]基于微小卫星合作博弈的失效航天器姿态接管控制[J]. 罗建军,韩楠,柴源. 飞控与探测. 2019(03)
[5]Data-driven model-free adaptive attitude control of partially constrained combined spacecraft with external disturbances and input saturation[J]. Han GAO,Guangfu MA,Yueyong LYU,Yanning GUO. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(05)
[6]非合作航天器姿态接管无辨识预设性能控制[J]. 殷泽阳,罗建军,魏才盛,王嘉文. 航空学报. 2018(11)
[7]失效航天器的姿态机动接管控制[J]. 黄攀峰,王明,常海涛,孟中杰. 宇航学报. 2016(08)
[8]国外航天器在轨故障模式统计与分析[J]. 闻新,张兴旺,秦钰琦,李新,张文浩. 质量与可靠性. 2014(06)
本文编号：3441009
【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】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同国家在轨服务任务示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-13-图1-3论文结构安排第1章为绪论部分。首先介绍了本文的研究背景以及研究目的和意义。然后，围绕非合作目标捕获后的组合体航天器姿态运动建模和姿态控制这两方面研究内容，介绍了相关理论与技术的国内外研究现状。主要就组合体姿态运动建模方法、组合体系统在轨参数辨识方法、基于参数不确定性的组合体姿态控制方法、数据驱动的无模型组合体姿态控制方法、以及考虑目标具有机动能力的接管控制方法这几方面进行了文献综述和分析。最后介绍了本文的结构安排和各章的主要内容。第2章为组合体航天器姿态运动建模研究。针对服务航天器抓捕非合作目标后形成的组合航天器姿态建模问题提出了新的建模方法。首先，给出相关坐标系的定义，并在此基础上采用四元数法分别描述服务航天器和目标的姿态运动学。然后，根据完全约束组合体的特点建立服务航天器与目标的运动约束关系，并推导出以空间机械臂为媒介的相互作用力矩，进而建立从服务航天器到组合体系统的激励-响应映射关系模型，即组合体姿态动力学模型。最后，通过与Adams动力学软件进行对比仿真，验证了所提模型的正确
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-16-坐标系原点定义为航天器质心，bbOX、bbOY、bbOZ三轴与航天器本体固连，随航天器自身转动而转动，并满足右手正交坐标系旋转关系，且本体坐标系三轴往往与固连在航天器上的惯性基准坐标轴方向重合。图2-1参考坐标系示意图2.2.2组合体姿态运动建模思路为了避免传统基于组合体结构机理的建模方法带来的复杂性问题，本文的建模方法仅考虑对组合体在服务航天器主动激励下产生的响应进行准确描述，为后续开展不依赖于模型的姿态接管控制方法研究提供数据基矗考虑非合作目标具有未知机动能力的情况，将捕获目标后的组合体作为研究对象，系统结构如图2-2所示。空间机械臂鉴于其操控的灵活性，已被广泛设计用于在轨服务任务中，特别是在捕获有故障的卫星等非合作目标方面。在本文中，假设有两个对称地安装在服务上的机械手（标记为左右机械手）。其中，假设服务航天器与目标均为刚体，刚性机械臂在抓牢目标后立即锁定，构成具有固定构型的完全约束组合体，由于目标参数信息未知，故组合体的惯量参数未知。本文基于组合体在服务航天器主动激励下的响应映射关系提出一种新的建模方法，该方法避免对系统直接建模导致的复杂性问题，并且不依赖于被捕目
【参考文献】：
期刊论文
[1]多颗微小卫星接管失效航天器姿态运动的微分博弈学习控制[J]. 韩楠,罗建军,柴源. 中国科学:信息科学. 2020(04)
[2]失效航天器姿态接管的SDRE微分博弈控制[J]. 柴源,罗建军,韩楠,谢剑锋. 宇航学报. 2020(02)
[3]基于追逃博弈的非合作目标接近控制[J]. 柴源,罗建军,王明明,韩楠. 宇航总体技术. 2020(01)
[4]基于微小卫星合作博弈的失效航天器姿态接管控制[J]. 罗建军,韩楠,柴源. 飞控与探测. 2019(03)
[5]Data-driven model-free adaptive attitude control of partially constrained combined spacecraft with external disturbances and input saturation[J]. Han GAO,Guangfu MA,Yueyong LYU,Yanning GUO. Chinese Journal of Aeronautics. 2019(05)
[6]非合作航天器姿态接管无辨识预设性能控制[J]. 殷泽阳,罗建军,魏才盛,王嘉文. 航空学报. 2018(11)
[7]失效航天器的姿态机动接管控制[J]. 黄攀峰,王明,常海涛,孟中杰. 宇航学报. 2016(08)
[8]国外航天器在轨故障模式统计与分析[J]. 闻新,张兴旺,秦钰琦,李新,张文浩. 质量与可靠性. 2014(06)
本文编号：3441009
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