航天器姿态和轨道的鲁棒控制

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1、工程硕士学位论文航天器姿态和轨道的鲁棒控制THEROBUSTCONTROLFORTHESPACECRAFTATTITUDEANDORBIT朱江哈尔滨工业大学2015年9月国内图书分类号：V243.5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航天器姿态和轨道的鲁棒控制硕士研究生：朱江导师：何平教授副导师宋申民教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天一院研发中心答辩日期：2015年9月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:：V243.5U.D.C.：629.78ThesisfortheMaster’sDegre

2、einEngineeringTHEROBUSTCONTROLFORTHESPACECRAFTATTITUDEANDORBITCandidate:ZhuJiangSupervisor:Prof.HePingAssociateSupervisor:Prof.SongShenminAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlEngineeringAffiliation:R&DCenterofCALTDateofDefence:September,2015Degree-Conferring-Insti

3、tution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要航天器的姿态和轨道控制是现代航天技术中的一个重要研究方向，被广泛应用于交会对接、绕飞等任务中。随着航天活动中需求的增长，姿态和轨道控制器的性能要求亦逐步提高。在指定的时间内收敛到指定位置的控制因为具有收敛快、精度高的优点，受到人们广泛的关注。另外，随着姿态和轨道相对运动控制精度要求的提高，姿态和轨道的耦合现象也受到了越来越多的关注。本文针对上述问题的难点和热点在理论上做了深入地研究。首先，给出了忽略相互耦合的单独姿态模型和单独轨道模型，其中姿态模型采用四元数描述，轨道运

4、动模型以目标航天器的轨道系为参考系。进一步地，以在太空中执行追踪任务的航天器的体系为参考标系建立了六自由度姿轨耦合模型。其次，针对姿态稳定问题，基于滑模变结构理论在扰动上界已知的条件下，提供了指数收敛的控制器。另外，为了处理外界环境的扰动的具体界不可知和转动惯量不精确知道的情形，基于滑模和自适应控制设计了鲁棒的指数收敛控制器。最后给出了上述控制方法的严格证明和仿真验证。然后，针对航天器轨道相对运动控制问题，基于终端滑模控制理论和自适应控制在扰动上界已知和扰动上界未知以及航天器质量存在不确定性的情况下，分别设计了航天器相对轨道在指定时间内收敛到指定位置的控制方案。最后给出

5、了上述控制方法的严格证明和仿真验证。最后，在上述研究的基础上，把航天器相对轨道有限时间控制推广到航天器姿态和轨道耦合时的相对运动控制，并给出了严格的证明和仿真验证。关键词：终端滑模控制；自适应控制；姿态控制；轨道控制；姿态轨道耦合控制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTherelativemotionofthespacecraftattitudeandorbitcontrolisanimportantresearchdirectioninspacetechnology,whichiswidelyusedinspacemissionssuchasrend

6、ezvousanddocking,spacecraftformationflyingandflyingaroundthespacecraft,etc.Asthegrowthofthespacemissionrequirements,performancerequirementsofthecontrollerarehigherandhigher.Thefinite-timecontrolwithfinite-timeconvergence,highcontrolprecisionandstrongrobustnesshasattractedwideattentionofs

7、cholars.Inaddition,withtheimprovementofrelativemotioncontrolaccuracy,attitudeandorbitcouplingphenomenonhasreceivedmoreandmoreattention.Themainresearchinthispaperisasfollows.Firstly,theattitudeandorbitmotionmodelsofthespacecraftweregivenwithoutattitudeandorbitcouplingeffec