在轨服务的超近距离姿轨联合控制研究.pdf

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1、第32卷2015年第6期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2015)06—0017—07在轨服务的超近距离姿轨联合控制研究郭雯婷1、2，卢山1、2(1．上海航天控制技术研究所，上海2011092．上海市空间智能控制技术重点实验室，上海201109)摘要：对面向在轨服务的超近距离姿态轨道联合控制设计进行了研究。建立基于相对四元数的相对姿态运动动力学模型和基于相对运动轨迹设计的相对轨道动力学模型，考虑模型中姿态与轨道耦合，设计四元数反馈非线性控制律和具姿态反馈信息的最优实时闭环反馈控制律。数学仿真和半物理仿

2、真试验结果验证了算法的有效性和可行性。关键词：在轨服务；交会对接；姿态轨道耦合；联合控制；相对动力学建模中图分类号：V448．2文献标志码：AResearchonCoupledControlofRelativeAttitudeandOrbitforFinalApproachPhaseofOn’OrbitServicingGUOWen—tin91～。LUShanl·2(1．ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechnology，Shanghai201109，China；2．ShanghaiKeyLabo

3、ratoryofAerospaceIntelligentControlTechnology，Shanghai201109，China)Abstract：Thecoupledrelativeattitudeandorbitcontrolforthefinalapproachphaseofon-orbitservicingwasstudiedinthispaper．Theattitudedynamicmodelbasedonrelativequaternionandorbitdynamicmodelbasedontrajectorydesign

4、forproximityrelativemotionwereestablished．Attitudecontrollawbasedonquaternionfeedbackandoptimalreal—timestatefeedbackcontrollawweredesignedwhilethecouplingofattitudeandorbitwasunderconsideration．Theresultsofthenumericalsimulationandsemi—physicalsimulationtestverifiedtheval

5、idityandfeasibilityoftheproposedmethod．Keywords：On-orbitservicing；Rendezvousanddocking；Coupledattitudeandorbit；Coupledcontrol；Relativedynamicmodeling0引言随着航天技术应用领域的飞速发展，航天器的结构和组成日趋复杂，性能与技术不断提高，保证航天器在复杂的空间环境中更持久、稳定、高质量地在轨运行，已成为目前亟待解决的重要问题n]。利用在轨服务技术可对复杂大型航天器进行在轨组装以及对发生故障失效或燃

6、料耗尽的航天器进行在轨捕获、模块更换、燃料加注等操作，从而可增强航天器的性能，延长航天器的使用寿命，降低费用和风险，收稿日期：2013—08—30；修回日期：2013-09—28作者简介：郭雯婷(1983一)，女，硕士，主要研究方向为航天器动力学与控制。在轨服务与操作技术有广泛的应用前景。为实现在轨服务与操作，航天器常需经历远程导引、近程导引、超近程停靠、捕获等阶段，其中超近距离的相对姿态轨道联合控制技术是实现在轨服务的核心，直接关系任务的成败。因此，在轨服务与操作技术研究目标是解决超近距离自主逼近的相对姿态和轨道联合控制技术。超近距离的相

7、对姿态和轨道联合控制一需要设计相对姿态控制律，使服务航天器对目标航天器进行姿态跟踪，二需要通过设计服务航天器的相对轨道控制律，使服务航天器沿目标航天器的对接端Vl方向逼近目标航天器。目前，相对姿态和轨道一体化控制研究多集中上海航天AEROSPACESHANGHAI第32卷2015年第6期于编队卫星的相对位置姿态控制和近距离交会控制。文献[2—4]针对编队飞行卫星，建立了相对位置姿态的耦合动力学模型；文献[5]针对近距离交会卫星的运动同步设计了相对位置的跟踪控制律。但对超近距离逼近的相对姿轨联合控制研究较少。本文对在轨服务与目标航天器的超近距

8、离姿轨联合控制进行了研究。1相对动力学建模为保证服务航天器在超近距离能对目标航天器特定部位进行跟踪，其姿态控制需对目标部位进行姿态对准，即相对姿态的控制，同时相对位置仍需完成接近