空间非合作目标接近与姿态跟踪控制研究

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1、硕士学位论文空间非合作目标接近与姿态跟踪控制研究STUDYONAPPROACHINGANDATTITUDETRACKINGCONTROLOFSPATIALNON-COOPERATIVETARGET贾羚哈尔滨工业大学2015年6月30日国内图书分类号：V448.22学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文空间非合作目标接近与姿态跟踪控制研究硕士研究生：贾羚导师：温奇咏申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:V448.22U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONAPPROACHINGATTITUDETRACKINGCONTROLOFSPATIALNON-COOPERATIVETARGETCandidate：JiaLingSupervisor：WenQiyongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：Dept.ofCont

3、rolScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着空间技术的不断发展，飞行器的姿态跟踪控制理论在非合作目标的控制领域中具有重要的意义与发展前景。本文主要以非合作目标的姿态跟踪与接近为背景，主要研究了空间非合作目标的建模和姿态跟踪控制算法，针对求解非线性方程的算法进行了大量的研究。首先，本文介绍了当前国内外在姿态跟踪控制问题上的研究现状，考虑到非合作目标的运动参数不

4、易测算等问题，故在轨道运动中选择采用基于视线坐标系和地心惯性坐标系下的相对运动模型，在姿态运动中选择采用基于飞行器本体坐标系下的相对误差四元数模型，从而为实现对任意初始位置的非合作目标进行接近及视线跟踪打下基础。其次，由于构建的模型是较为复杂的非线性模型，不易解算，故研究一种有效解算非线性方程的算法——SDRE控制算法。然后，考虑到SDRE控制算法在应用方面的局限性又深入的讨论了求解SDRE方程的两种控制方法：D控制算法以及改进的牛顿控制算法；比较两种控制算法发现D控制算法在计算精度允许的条件下求解速度较快，而改进的牛顿控

5、制算法解算速度慢于D控制算法但是优于SDRE控制算法，并且其解算精度优于D控制算法。再次，对姿态跟踪的非线性模型进行伪线性化，分别采用D控制算法以及改进的牛顿控制算法进行姿态跟踪控制器的设计及数学仿真，首先进行D控制器以及改进的牛顿控制器的设计。然后，基于轨道接近和视线跟踪的联合控制非线性模型进行D控制器以及改进的牛顿控制器的设计和仿真，均能够实现预期的控制效果。最后，对地面仿真实验系统的系统组成以及工作特点进行研究，以D控制算法为例设计了姿轨联合控制的系统仿真实验方案。主要确定了子系统相似准则，设计了GN

6、C/动力学仿真子系统以及测量系统中数据的处理流程，最终完成了针对姿态跟踪任务采用D控制方法的仿真试验方案设计。关键词：姿态跟踪；D控制算法；改进的牛顿控制算法；地面仿真实验-I-AbstractAbstractWiththedevelopmentofspacetechnology,researchonsatelliteattitudetrackingcontroltheoryinthefieldofnon-cooperativerendezvousisofgreatimportanceandprospects.Undert

7、hebackgroundofattitudetrackingcontrol,themodelingandattitudetrackingcontrolalgorithminnon-cooperativetargetingisstudied.AlotofresearcheshavebeendoneaboutthespecificmethodsofSDREnonlinearsystemofequations.First,researchesontheattitudetrackingcontrolproblemareintroduced

8、bothdomesticandforeign.Theparametersofthetargetmotionisverydifficulttomeasure,sotherelativemotionmodelisbuiltbasedonthelineo