对在轨失控目标的位姿耦合跟踪控制

《对在轨失控目标的位姿耦合跟踪控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文对在轨失控目标的位姿耦合跟踪控制COUPLEDPOSETRACKINGCONTROLFORON-ORBITTUMBLINGTARGETSPACECRAFT陈瑛哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文对在轨失控目标的位姿耦合跟踪控制硕士研究生：陈瑛导师：李顺利教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:629.78Dissertat

2、ionfortheMaster’sDegreeinEngineeringCOUPLEDPOSETRACKINGCONTROLFORON-ORBITTUMBLINGTARGETSPACECRAFTCandidate：ChenYingSupervisor：Prof.LiShunliAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffiliation：Dept.ofAstronauticEngineeringDateofDefence：July,20

3、15Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在近场操作中服务航天器与失控目标的相对轨道运动和相对姿态运动存在耦合现象，传统的控制模型已经不能满足日益复杂的航天任务。本文以服务航天器对空间失控目标进行自主交会与近场操作任务为背景，建立了基于对偶四元数的空间相对运动位姿耦合动力学模型，并且在此基础上设计了耦合跟踪控制器，实现了高精度控制。首先对旋量理论、四元数和对偶四元数等数学工具进行了介绍，为后文中的动力学建模以及耦合控制器的设计提供了方法。

4、随后还介绍了Lyapunov稳定性理论和模型参考自适应控制系统，为耦合控制器稳定性的证明提供了理论依据。针对任务背景建立了坐标系系统，包括惯性坐标系和服务航天器与目标航天器的本体坐标系。基于对偶四元数，建立了刚体的耦合动力学模型和航天器相对运动的位姿耦合动力学模型。设计了广义PD控制器，并证明了其稳定性。通过数值仿真验证了模型的准确性与控制的高精度，对比了位姿耦合动力学模型与传统姿轨分开控制模型的，发现位姿耦合动力学模型不但具有更好的控制效果，而且具有更节省燃料的优点。考虑到在实际任务中可能出现的服务航天器质量特性不确定的情况，设计了对质量特性参

5、数具有适应能力的模型参考自适应控制器。通过数值仿真，发现相较于非自适应的控制器，该自适应控制器具有对不确定性的较高的适应能力与控制精度。分析参数的估计值时发现其与实际的参数值有一定的误差，因此设计了带遗忘因子的递推最小二乘算法，在服务航天器的机动过程中对质量特性进行了在轨辨识，辨识精度在95％以上。关键词：自主交会；位姿耦合；对偶四元数；质量特性不确定；在轨辨识-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThereexistsacouplingphenomenonofrelativeorbitalmotionandattitudemoti

6、onbetweenoneservicespacecraftandatumblingtargetspacecraftinproximityoperations.Accountforthat,thetraditionalcontrolmodelwouldbenolongersuitableformuchmorecomplicatedspacemissionsnowadays.It’sassumedinthisthesisthattheservicespacecraftperformautonomousrendzvousandproximityoper

7、ationstoatumblingtargetinspace.Withthisbackground,acoupledposedynamicmodelofrelativemotionbasedondualquaternionisestablished,acouplingtrackingcontrollawisdesigned,andrealizeahighfidelityperformance.Firstofall,screwtheory,quaternionanddualquaternionareintroducedasbasicmathemat

8、icaltools,whichprovideawayforestablishingdynamicmodelanddesigningaco