航天器轨道机动优化与姿态控制

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1、硕士学位论文航天器轨道机动优化与姿态控制ORBITALMANEUVEROPTIMIZATIONANDATTITUDECONTROLOFSPACECRAFT陈东琼哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.52密级：公开工程硕士学位论文航天器轨道机动优化与姿态控制硕士研究生：陈东琼导师：宋申民教授申请学位：全日制工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导技术研究中心答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TP273U.D.C:681.52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringORBITALMANEUVEROPTIMIZATIONANDATTITUDECONTROLOFSPACECRAFTCandidate：ChenDongqiongSupervisor：Prof.SongShenminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringCenterf

3、orControlTheoryandAffiliation:GuidanceTechnologyDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学全日制工程硕士学位论文摘要随着航天科技的不断发展，对有效的延长航天器的寿命和重复使用率、减少和挽回失效航天器造成的损失有着越来越高的要求，在轨服务概念应运而生且得到了极大的发展。与此同时，具有比冲高、寿命长、质量轻以及有效载荷大特点的小推力推进

4、技术逐渐进入人们的视野，现在它已经广泛应用于深空探测、对近地空间航天器的控制甚至于是在星际航行中作为主推力系统。本文以在轨服务为研究背景，对以小推力作为推进系统的航天轨迹优化问题以及具有外部干扰的航天器姿态跟踪控制问题进行了研究。首先简单介绍了课题涉及的一些基础理论，包括坐标系、航天器轨道运动学方程、姿态运动学方程、高斯伪谱法基础、非线性规划问题等，还阐述了自适应控制、终端滑模控制的基本思路与方法。然后对基于连续小推力的航天器轨迹优化问题进行了研究。首先推导了高斯伪谱法离散最优控制问题的原理和过程，证明了高斯

5、伪谱法的有效性，然后利用高斯伪谱法对航天器转移轨道的轨迹优化问题进行了求解和仿真验证。最后对航天器姿态的有限时间控制进行了研究。首先利用快速终端滑模理论，对扰动上界和转动惯量已知的情况设计控制器，使得系统的状态变量能够在有限时间内收敛到期望的状态。然后利用自适应和终端滑模相结合的方法，对扰动上界和转动惯量未知的情况设计控制器，使系统误差有限时间收敛。通过对结果的分析，评价设计的控制器的优缺点。关键词：小推力；轨迹优化；姿态跟踪；终端滑模；自适应控制-I-哈尔滨工业大学全日制工程硕士学位论文AbstractAl

6、ongwiththecontinuousdevelopmentofaerospacescienceandtechnology,therequirementsofeffectivelyprolongthelifeandrepeatutilizationofthespacecraft,reduceandsavethelosscausedbyfailureofthespacecrafthasbecomemoreandmorehigh,theconceptofon-orbitservicecomeintobeinga

7、ndgetgreatdevelopment.Atthesametime,low-thrustpropulsiontechnologywithhigherspecificimpulse,longerlifeandlighterquality,graduallycomeintopeople'shorizons,whichcanbringalargerpayloadsintotheorbit.Nowithasbeenwidelyusedindeepspaceexploration,thecontrolofnear-

8、earthspacecraftandevenasthemainthrustsystemintheinterstellartravel.Underthebackgroundofon-orbitservice,thisthesishasdoneanin-depthstudyontrajectoryoptimizationproblemwithlow-thrustaerospacepropulsionsy