航天器交会对接逼近段自抗扰控制研究

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1、分类号：Ｖ４４８．２单位代码：１０１８３研究生学号：２０１２５２２１１２密级：公开戀古林大学硕古学位论文樂术学化（）航天器交会对接逼近段自抗扰控制研究ＳｐａｃｅｃｒａｆｔＲｅｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄＤｏｃｋｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎＡＤＲＣＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＦｉｎａｌＡｐｐｒｏａｃｈＰｈｒａｓｅ作者姓名；朱晓光专业；控制理论与控制工程研究方向：先进控制与系统仿真指导教师；髙巍副教授培养单位：通信工程学院２０１５年６月航天

2、器交会对接逼近段自抗扰控制研究ＳｐａｃｅｃｒａｆｔＲｅｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄＤｏｃｋｉｎＣｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｇＡＤＲＣＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎ化ｅ円ｎａｌＡｐｐｒｏａｃｈＰｈ巧ｓｅ作者姓名：朱晓光专业名称：控制理论与控制工程指导教师：局巍副教授学位类别；工学硕±答辩曰期：１＾０年名月备曰未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的

3、商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕壬学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中ｙＡ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：＾食名日期：期＜（年＾月日摘要航天器交会对接逼近段自抗扰控制研究航天器自主交会对接是完成近

4、地轨道空间站搭建、在轨维护与捕获、宇航员与科研设备输送和后勤物资补给等航天领域工程应用的关键技术，是我国拓展空间应用研究的前提。本文Ｗ空间自主交会对接为背景，研究了最终逼近段航天器位置和姿态禪合的自抗扰控制及参数优化问题。首先，在交会对接逼近段相对动力学建模问题上，引入螺旋运动的概念，将航天器在太空的运动简化为刚体在空间的平移和旋转运动一，用对偶四元数来统描述。在建立地球惯性坐标系、航天器本体坐标系和航天器相对坐标系的基础上，推导单个航夭器的运动学方程；并基于动量定理，结合对偶代数理论导出单个航天器的

5、动力学模型。由追踪航天器和目标航天器各自本体坐标系间的相对螺旋运动导出其相对运动学一方程，进步推导出相对动力学方程，并分析证明了两航天器间相对运动的平移线速度和旋转角速度是相互賴合的。然后，基于上述聞合动力学模型，在转动惯量时变和外界干扰不确定的情况下，应用干扰估汁与补偿的理论，设计了串级自抗扰控制器。通过巧计虚拟控制量使系统输出快速跟踪期望值，扩张状态观测器根据系统的输入和输出数据，实时给出对象状态变量和总和扰动（加速度实时作用量）的估计值，非线性误差反馈律用扰动的估计值对控制量进行动态补偿，保

6、证了航天器交会对接最终逼近段的相对速度、位置和姿态跟踪误差在较短时间内收敛到期望值。选取合适的参数进行数值仿真，结果表明串级自抗扰控制方案在两航天器近距离相对速度和位姿賴合跟踪控制方面，具有较强的鲁棒性和抑制干扰能力，能够满足航天器交会对接逼近段的高精度控制要求。最后，初步研究了自抗扰控制器的参数选取与优化问题。结合航天器交会对接逼近段位姿稱合的自抗扰控制模型，选取适应度画数时考虑控制能量输出的因素，在时间乘绝对误差积分的性能指标中加入控制力和力矩的平方项，并分别设定权值。仿真研究发现，用粒子群算法进

7、行优化时，在参数的不同取值区间上出现了局部最优和早熟现象，。于是在分析粒子群算法中参数选取范围和粒子运动速度会影响其收敛性的基础上，利用混浊变量的多样性和遍历性特点来弥补标准粒子群算法的不足。仿真结果验证了混浊优化思想在自抗扰控制器参数优化应用中的有效性。关键词：自主交会对接，逼近段控制，对偶四元数，自抗扰，参数优化ＩＡｂｓｔｒａｃｔＳｐａｃｅｃｒａｆｔ民ｅｎｄｅｚｖｏｕｓａｎｄＤｏｃｋｉ打ｇＣｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏ打ＡＤ民ＣＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＦｉｎａｌＡｐ

8、ｐｒｏａｃｈＰｈｒａｓｅＳｐａｃｅｃｒａｆｔａｕｔｏ打ｏｍｏｕｓｒｅ打ｄｅｚｖｏｕｓａｎｄｄｏｃｋｉｎｇｉｓａｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｏｆｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎｙｂｕｉｌｄｉ打ｏｎｌｏｗｅａｒｔｈｏｒｂｉｔｍａｉ打ｔｅ打ａ