一种航天器交会近距离段自适应鲁棒控制算法研究.pdf

一种航天器交会近距离段自适应鲁棒
控制算法研究
 
 
 
 
重庆大学硕士学位论文 
 
学生姓名：冯云昊 
指导教师：李  斌  副教授  
专 业：控制科学与工程 
学科门类：工  学 
 
 
 
重庆大学自动化学院 
二 O 一一年四月
The Robust Adaptive Control Method of
Spacecraft’s Rendezvous Within a Short
Distance
 
 
A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Yunhao Feng

Supervised by Associate. Prof. Bin Li
Major：Control Science and Engineering

College of Automation of
Chongqing University , Chongqing, China
April 2011
摘 要
  
航天器交会对接技术是指同一时间追踪航天器与追踪航天器在轨道上的同一
个位置以相同速度相交会并在结构上连成一个整体的技术。对于在轨服务，营救
出现故障的小卫星和对国际空间站的运输和补给，以及未来空间战争的可能性都
需要这种技术。因此，交会对接技术受到重视。在此背景下，本文重点研究了交
会对接的动力学模型和针对近距离自主交会对接的控制算法。
为此，本文依据自主交会的近距离阶段的不同特点分为相对接近阶段和最后
逼近阶段，在相对接近阶段中，在分析惯性坐标系下的空间交会对接的动力学模
型的基础上，针对本问题的轨道控制特点，提出 3-2 坐标旋转变换，运用向量分析
的方法，建立了视线坐标系下两个航天器相对运动的三维动力学模型。与惯性坐
标系下建立的动力学模型相比，视线坐标系下的动力学模型对目标航天器轨道的
偏心率没有任何限制，也就是说适用于任何形式的目标航天器参考轨道，这种模
型具有普遍的适用性。在最后逼近阶段中，考虑到两个航天器之间的距离很近，
可以忽略地球万有引力的影响，建立了基于柱面坐标系的动力学模型。
比较了目前用于近距离交会对接的三种典型方法的优缺点，虽然三种控制方
法都能够达到控制目的，但是都有各自的缺点。平行交会是一种运动学方法，没
有充分的利用动力学模型，所以在性能指标上无法达到最优；走廊式交会虽然可
以实现近似最优交会，但是这种交会方式是在预定窗口和交会走廊内进行的，不
适合追踪非合作式的目标航天器；C-W 交会是一种开环控制方法，抗干扰能力较
弱。
重点分析了近距离两个阶段交会对接飞行的特点，考虑到飞行中不可避免的
干扰和测量误差，以及飞行器动力学的不确定性，提出近距离交会对接的鲁棒自
适应控制策略。
本算法较好的克服在空间交会对接时所面对的地球非球形摄动，第三引力体
摄动，太阳光压摄动等诸多干扰对飞行器飞行的影响，使系统运行渐进稳定。同
时这种控制策略简洁，有效，基本满足近距离空间交会对接时的精度要求。

关键词：