浅析小型空间飞行器近距离追踪方法研究

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1、工学硕士学位论文小型空间飞行器近距离追踪方法研究张万里哈尔滨工业大学2006年6月国内图书分类号：V249.122国际图书分类号：629.735工学硕士学位论文小型空间飞行器近距离追踪方法研究硕士研究生：张万里导师：马广程副教授申请学位：工学硕士学科、专业：控制理论与控制工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V249.122U.D.C.:629.735DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCH

2、ONTHECLOSEDISTANCEAPPROACHSCHEMESOFMINITYPESPACEAEROCRAFTCandidate：ZhangWanliSupervisor：AssociateProf.MaGuangchengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlTheoryandControlEngineeringAffiliation:DeptofControlscienceandEngineeringDateofDefense:June,2

3、006Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着空间科学技术的不断发展，用于在空间执行各种操作的空间飞行器技术日趋成熟，包括中国在内的世界各国都在不同程度的从事着此项研究。本文对空间飞行器的近距离追踪过程进行了具体的研究，对于各种不同的制导以及姿态控制方法进行分析，并完成了仿真验证。首先，文章给出了用于描述飞行器交会对接过程坐标系的定义，完成了飞行器建模分析，其中包括相对平移动力学方程—Hill方程和姿态动力学与运动学方程

4、，并对于完成平移和姿态控制的执行机构给出其动力学模型。然后，本文给出了几种用于飞行器近距离追踪的平移制导率的分析。其中包括以Hill方程为基础的直线型接近制导规则、势函数法制导规则和以其简化模型为基础的相平面法制导规则。文中对于每种制导规则都提供了基本原理说明以及利用质量喷射装置为执行机构的实现方法，进行了数学仿真分析。并给出了空间机器人近距离追踪系统半物理仿真实验平台的设计方案以及直线型制导准则在半物理仿真实验平台上的验证。最后，对于近距离追踪过程的姿态控制方法，文中也给出了两种实现方案。其一是对姿态动力学方程进行线性化，并对其

5、线性化后模型进行PD控制结合PWPF实现的方法，并给出了此法满足稳定性的必要条件。其二是应用相平面法，对于两者的相对姿态进行控制，前者文中给出了数学仿真分析和半物理仿真平台的验证，对于后者只给出数学仿真曲线结果。关键词空间飞行器；近距离追踪方法；势函数；相平面；线性化-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofspacetechnology,spaceaerocrafttechniqueusingforimplementmultifariousoperationinthes

6、pacehasbecomemoreandmoremature.ManycountriesincludingChinahavebeenparticipatinginthisfieldwithdifferentextent.Inthisthesis,wedosomeresearchintheapproachingprocessofspaceaerocraftandcompletesomeanalysisonseveralkindsofguidanceandattitudecontrolmeans,theeffectivenessoft

7、hedifferentschemesaboveareverifiedbysimulation.Firstly,thisthesisgivesthedefinitionofreferenceframedescribingtherendezvousanddockingprocess,finishesthemodelinganalysisofaerocraftdynamics,whichincludethetranslationaldynamicequation—Hillequation,theattitudedynamicandkin

8、ematicequations.Wealsogivethedynamicmodelofactuatorforcompletingthetranslationalcontrolandattitudecontrol.Secondly,thisthesi