航天器交会对接撤离段控制问题研究-控制科学与工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TP273 U.D.C: 681.5 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON CONTORL PROBLEMS OF SEPARATION AND DEPARTURE PHASE OF SPACECRAFT RENDEZVOUS AND DOCKING Candidate： Ren Chao Supervisor： Associate Professor Zhang Lixian Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Control Science and Engineering Affiliation： School of Astronautics Date of Defence： June, 2011 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 摘 要 载人航天技术已经成为世界航天的发展热点，而航天器自主交会对接是载人 航天工程中的一项极其关键的技术。绝大部分的载人航天工程，如航天器在轨服 务、太空援救和维修、空间站物资补给等，都需要空间交会对接技术。就目前我 国正在开展的空间站计划和登月计划而言，对航天器自主交会对接的研究具有重 要的现实意义。 本文针对航天器自主交会对接撤离段的轨道机动控制问题进行了较为系统的 研究。建立了撤离过程的动力学模型，考虑航天器有限推力约束及性能指标约束 等，针对不同的控制目标，设计了航天器撤离的有限推力保性能控制律和有限推 力 H∞ 控制律。本文具体研究内容如下： （1）建立了撤离动力学模型。参考相关文献，详细描述了撤离过程的三个阶 段；基于二体问题，建立了撤离过程的相对运动方程，即 Clohessey-Wiltshire(C-W) 方程，并基于 C-W 方程分析了追踪航天器在不同对接口解锁弹开后的自由运动形 式和特点。另外，简要介绍了追踪航天器在撤离过程中受到的一些约束条件。 （2）设计了航天器撤离有限推力保性能控制律。首先根据 C-W 方程建立了 状态误差模型，将常值跟踪问题转换为新模型在状态反馈控制律作用下的渐近稳 定问题。考虑有限推力约束及二次型性能指标，设计了具有二次型性能指标最小 上界的有限推力保性能控制律。通过仿真算例分析比较了 V-bar 撤离、R-bar 撤离 和 H-bar 撤离的燃料消耗情况，最后对追踪航天器从 R-bar、H-bar 位置保持点向 V-bar 保持点转移绕飞进行了仿真分析。 （3）设计了航天器撤离有限推力 H∞ 控制律。首先通过模型转换将常值参考 信号的跟踪问题转化为了增广系统在状态反馈控制律作用下的渐近稳定问题，考 虑有限推力约束及二次型性能指标输出，设计了使所定义的 H∞ 性能指标最小的有 限推力 H∞ 控制律，通过仿真算例对比分析了有限推力保性能控制律和有限推力 H∞ 控制律，以及有限推力约束上界对干扰抑制能力影响。最后对 R-bar、H-bar 保 持点向 V-bar 保持点绕飞的情况也进行了简要仿真分析。 -I- -II- -II- 关键词：交会对接；撤离；有限推力；保性能控制； H∞ 控制 Ab Abstract - - PAGE IV- Abstract Manned space flight technology has been the research focus in the world aerospace field, and spacecraft autonomous Rendezvous and Docking (RVD) plays a key role in the manned space flight technology. Almost all of the manned space flight engineering requires autonomous RVD, such as on-orbit-serving, space maintenance and rescue and material supply for space station. The research of RVD is also very significant in our country since space station project and lunar probe project are being carried out. The main work of this thesis is to study orbit m