脉冲推力作用下的航天器自主交会过程的鲁棒控制方法研究

发布时间：2017-07-30 05:00

  本文关键词：脉冲推力作用下的航天器自主交会过程的鲁棒控制方法研究

  更多相关文章： 交会对接 脉冲推力 遗传算法 容错控制

【摘要】：随着我国航天任务的逐步开展,交会对接技术已成为航天器协同工作中的热点研究问题。近年来,无人参与的航天器自主交会被广泛地应用到各种空间站任务实施中。根据我国载人航天计划中已经启动的北斗卫星发射计划和空间站计划,交会对接技术中控制问题的研究具有十分重要的现实意义。空间交会任务按航天器的相对距离分为三个阶段,本文的研究背景是近距离导引段。我们基于切换控制思想对航天器交会经典模型进行了改进,并考虑有限推力上界约束,目标航天器的轨道非圆不确定性,轨道推进器故障问题来优化控制律。最后,利用仿真验证了本文研究的控制方法的有效性。本文的主要研究内容为:建立了航天器自主脉冲交会离散模型。根据李雅谱诺夫函数广义稳定的条件,设计了有限推力约束下的基于状态反馈的分段控制率,使每个脉冲周期中李雅普诺夫函数的值均小于上个周期李雅谱诺夫函数的值,直至趋近于零。建立了航天器自主脉冲参数优化模型,设计了航天器自主脉冲交会参数优化模型的状态反馈控制率。从基于切换控制思想的航天器自主脉冲交会模型方法出发,引入参数变量,构建了航天器自主脉冲交会参数优化模型。设计出基于李雅谱函数的稳定理论的有限推力约束下航天器自主脉冲交会参数优化模型的状态反馈控制律。设计了带有不确定性的参数优化容错控制律,考虑到航天器自主脉冲交会的动力学模型推导的前提假设在实际工程中的可行性,我们引入了非圆不确定性统一表述引力不均和摄动力等情况对航天器相对运动状态造成的影响,并为轨道推进器设置了容许误差的适用范围。在仿真计算中,我们采用遗传算法,提高了仿真的效率。我们均以LMI工具箱中求解线性矩阵不等式的关键值tmin作为遗传算法适应度函数的优化目标,选取适当的遗传算法参数,通过交叉,重组,变异找到适应度函数最优的遗传子代,进而求出满足控制律约束的全局最优可行解。
【关键词】：交会对接 脉冲推力 遗传算法 容错控制
【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】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 研究意义综述8
• 1.2 研究背景及应用8-10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.3.1 国内外航天器交会对接技术发展情况10-14
• 1.3.2 航天器自主交会对接控制方法研究现状14-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第2章 航天器自主脉冲交会动力学模型18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 航天器自主脉冲交会动力学模型建立18-25
• 2.2.1 二体模型18-20
• 2.2.2 相对运动方程20-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 航天器自主脉冲交会离散模型的轨道控制26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 航天器自主脉冲交会离散模型26-30
• 3.2.1 航天器交会经典脉冲控制问题描述26-29
• 3.2.2 基于切换控制思想的闭环脉冲控制问题描述29-30
• 3.3 切换脉冲控制系统的控制方法30-35
• 3.3.1 基于状态反馈的控制律设计30-33
• 3.3.2 有限推力约束条件下的控制律设计33-35
• 3.4 仿真分析35-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 基于遗传算法的航天器自主交会的容错控制42-74
• 4.1 引言42
• 4.2 遗传算法在航天器自主交会模型轨道控制中的应用42-46
• 4.2.1 遗传算法概述42-45
• 4.2.2 遗传算法在航天器自主交会模型轨道控制中的应用45-46
• 4.3 参数优化控制方法46-61
• 4.3.1 航天器自主脉冲交会参数优化模型46-47
• 4.3.2 有限推力约束下的航天器自主脉冲交会的参数优化控制律设计47-50
• 4.3.3 仿真分析50-61
• 4.4 带有不确定性的参数优化容错控制方法61-72
• 4.4.1 目标航天器的轨道非圆不确定性61-63
• 4.4.2 轨道推进器故障问题描述63-64
• 4.4.3 带有不确定性的容错控制律设计64-67
• 4.4.4 仿真分析67-72
• 4.5 本章小结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-82
• 致谢82

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 姬晓琴;肖利红;陈文辉;;基于T-H方程的多脉冲最优交会方法[J];北京航空航天大学学报;2014年07期

2 潘屹;;航天器相对运动水滴型悬停轨道研究[J];航天器工程;2014年04期

3 解永春;胡勇;;空间交会策略回顾及自主快速交会方案研究[J];空间控制技术与应用;2014年04期

4 曹玉辉;樊鹏程;白显宗;陈磊;;基于T-H方程的椭圆轨道初始误差传播[J];中国空间科学技术;2014年02期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 白显宗;空间目标轨道预报误差与碰撞概率问题研究[D];国防科学技术大学;2013年

2 张元文;空间电磁对接/分离动力学与控制研究[D];国防科学技术大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王炳文;空间非合作交会接近姿态控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 李海林;调试验证平台中结构化的串口接口模型的设计与实现[D];西安电子科技大学;2014年

3 王伟林;椭圆轨道目标交会任务设计与制导控制技术[D];国防科学技术大学;2012年

4 程怡明;非合作航天器相对导航与绕飞技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

，

本文编号：592550