空间非合作目标接近与姿态跟踪控制研究

发布时间：2017-09-22 03:05

  本文关键词：空间非合作目标接近与姿态跟踪控制研究

  更多相关文章： 姿态跟踪 ??D控制算法 改进的牛顿控制算法 地面仿真实验

【摘要】：随着空间技术的不断发展,飞行器的姿态跟踪控制理论在非合作目标的控制领域中具有重要的意义与发展前景。本文主要以非合作目标的姿态跟踪与接近为背景,主要研究了空间非合作目标的建模和姿态跟踪控制算法,针对求解非线性方程的算法进行了大量的研究。首先,本文介绍了当前国内外在姿态跟踪控制问题上的研究现状,考虑到非合作目标的运动参数不易测算等问题,故在轨道运动中选择采用基于视线坐标系和地心惯性坐标系下的相对运动模型,在姿态运动中选择采用基于飞行器本体坐标系下的相对误差四元数模型,从而为实现对任意初始位置的非合作目标进行接近及视线跟踪打下基础。其次,由于构建的模型是较为复杂的非线性模型,不易解算,故研究一种有效解算非线性方程的算法——SDRE控制算法。然后,考虑到SDRE控制算法在应用方面的局限性又深入的讨论了求解SDRE方程的两种控制方法:??D控制算法以及改进的牛顿控制算法;比较两种控制算法发现??D控制算法在计算精度允许的条件下求解速度较快,而改进的牛顿控制算法解算速度慢于??D控制算法但是优于SDRE控制算法,并且其解算精度优于??D控制算法。再次,对姿态跟踪的非线性模型进行伪线性化,分别采用??D控制算法以及改进的牛顿控制算法进行姿态跟踪控制器的设计及数学仿真,首先进行??D控制器以及改进的牛顿控制器的设计。然后,基于轨道接近和视线跟踪的联合控制非线性模型进行??D控制器以及改进的牛顿控制器的设计和仿真,均能够实现预期的控制效果。最后,对地面仿真实验系统的系统组成以及工作特点进行研究,以??D控制算法为例设计了姿轨联合控制的系统仿真实验方案。主要确定了子系统相似准则,设计了GNC/动力学仿真子系统以及测量系统中数据的处理流程,最终完成了针对姿态跟踪任务采用??D控制方法的仿真试验方案设计。
【关键词】：姿态跟踪 ??D控制算法 改进的牛顿控制算法 地面仿真实验
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 相对运动建模国内外研究现状10-11
• 1.3 姿态跟踪控制国内外研究现状11-12
• 1.4 航天器仿真技术国内外研究现状12-14
• 1.5 本文主要研究内容14-15
• 第2章 空间非合作姿态跟踪系统的数学模型15-23
• 2.1 引言15
• 2.2 坐标系的建立15-16
• 2.3 轨道运动模型的建立16-18
• 2.3.1 轨道动力学模型16
• 2.3.2 相对轨道动力学模型16-18
• 2.4 姿态动力学模型的建立18-22
• 2.4.1 姿态运动学方程18-19
• 2.4.2 欧拉角与欧拉四元数转换19-20
• 2.4.3 姿态动力学方程20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 姿态跟踪控制算法23-44
• 3.1 引言23
• 3.2 问题的描述23-24
• 3.3 SDRE控制算法24-26
• 3.3.1 SDRE的基本原理24
• 3.3.2 状态方程的伪线性化24-26
• 3.3.3 SDRE控制算法小结26
• 3.4 q-D控制算法26-36
• 3.4.1 李雅普诺夫函数的解析解26-27
• 3.4.2 q-D控制算法27-29
• 3.4.3 q-D控制算法仿真研究29-33
• 3.4.4 q-D控制算法稳定性证明33-35
• 3.4.5 q-D控制算法小结35-36
• 3.5 改进的牛顿控制算法36-43
• 3.5.1 引言36
• 3.5.2 拟牛顿法(Quasi-Newton)36-38
• 3.5.3 改进的牛顿控制算法38-39
• 3.5.4 改进的牛顿法仿真研究39-41
• 3.5.5 改进的牛顿法与 q -D控制算法仿真结果对比41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 非合作目标姿态跟踪控制解算44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 q-D控制算法的数学仿真44-47
• 4.2.1 伪线性化动态方程44-45
• 4.2.2 q-D算法求取姿态跟踪控制器45
• 4.2.3 仿真研究45-47
• 4.3 姿态跟踪控制改进牛顿算法的数学仿真47-49
• 4.3.1 改进的牛顿控制算法求取姿态跟踪控制器47-48
• 4.3.2 仿真结果分析48-49
• 4.4 伴有轨道接近的姿态跟踪控制算法的数学仿真49-58
• 4.4.1 伪线性化动态方程50-51
• 4.4.2 q-D算法求取姿态跟踪控制器及数学仿真51-55
• 4.4.3 改进的牛顿控制算法求取姿态跟踪控制器及数学仿真55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 姿态跟踪控制半物理仿真试验设计59-67
• 5.1 引言59
• 5.2 地面仿真系统简介59-60
• 5.3 跟踪控制系统中缩比的确定60-63
• 5.4 姿态跟踪半物理仿真实验方案设计63-65
• 5.4.1 运动模拟器的指标要求63
• 5.4.2 q-D控制算法的动力学与GNC导航系统计算流程63-65
• 5.4.3 测量系统数据处理65
• 5.5 本章小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果75-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 高有涛;陆宇平;徐波;;非合作目标编队飞行耦合动力学建模与六自由度控制[J];南京航空航天大学学报;2010年02期

2 王祥;方群;;一种基于θ-D次优控制的三维末制导律设计[J];西北工业大学学报;2012年02期

3 李化义;张迎春;强文义;陈雪芹;;与非合作目标编队的相对姿态控制[J];宇航学报;2007年05期

4 张军;徐世杰;;基于SDRE方法的挠性航天器姿态控制[J];宇航学报;2008年01期

5 林来兴;卫星编队飞行动力学仿真及其应用[J];中国空间科学技术;2005年02期

6 王常虹;曲耀斌;任家栋;邓雅;夏红伟;马广程;;非合作编队卫星姿轨一体化滤波新方法[J];中国惯性技术学报;2012年06期

7 高登巍;罗建军;马卫华;康志宇;陈晓光;;接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制[J];宇航学报;2013年06期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张立佳;空间非合作目标飞行器在轨交会控制研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

2 陈向坚;微型飞行器姿态的智能控制方法研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘亭利;基于SDRE的永磁同步电机（PMSM）控制方法研究[D];青岛科技大学;2012年

，

本文编号：898398