基于自抗扰的空间交会对接轨道控制研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina硕士学位论文论文题目基于令枚扰的艾问文会对接机違控喇研宄作者姓名凯机学科专业控科学与工程导师姓名尚伟伟教授二〇一五年五月完成时间硕士学位论文基于自抗扰的空间交会对接轨道控制研究作者姓名：李凯凯学科专业：控制科学与工程导师姓名：尚伟伟副教授完成时间：二一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster'sdegreeStudyontheOrbitControlofSpa

2、ceRendezvousandDockingusingActiveDisturbanceRejectionControlAuthor'sName：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：士签字日期：“為中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学

3、位论文的部分使用权，卩：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。公开口保密（年）作者签名：导师签名：签字曰期：。签字日期：摘要摘要随着人类对太空探索需求的不断增大，空间交会对接技术越来越受到各个国家的重视。对于空间交会对接而言，如何以精度高、鲁棒性好、燃料消耗少的方式完成空间交会

4、对接任务一直是这个领域的研宄热点，为此，本文从空间交会对接轨道控制研究现状中存在的不足与缺陷入手，对交会对接的动力学模型以及控制方法等问题进行研宄，本文的主要工作内容可归纳为：建立交会对接的圆轨道动力学模型以及椭圆轨道动力学模型，分别解出模型的解析解，接着对模型的特性进行分析，并通过仿真实验验证了其特性，进而指出了在对圆轨道和椭圆轨道的交会对接进行控制时所存在的问题以及难点。在轨道控制中，系统需要进行平滑无超调、鲁棒性好、节约燃料的控制，因此，常规的控制器很难满足平稳精确的控制要求。为此，在轨道控制中引入设定值规划，在系统的

5、初始坐标和目标坐标之间，将最终目标细化分级为逐步到达的平滑的型曲线形式来建立设定值规划所设计的型曲线形式的设定值规划具有加速段、匀速段和减速段三个典型运动过程，从而更有利于实现平稳的轨道控制。将设定值规划与特征建模相结合，设计了基于设定值规划的黄金分割控制器和非线性黄金分割控制器。为了验证设定值规划所带来的优势，又设计了基于设定值规划的跟踪微分器控制以及控制。在圆轨道空间交会停靠位置控制系统中进行了仿真实验，验证了所设计控制器的优越性。对于缺少椭圆轨道信息条件下的空间自主交会而言，其控制难度非常大，为此，本文提出了一种基于自

6、抗扰控制器的控制方法。该算法在椭圆轨道动力学模型基础上通过在目标值与初始值之间加入设定值规划，以此来解决系统超调与快速性之间的矛盾。通过扩张状态观测器对动力学模型中无法实时获取的时变参数和外界干扰进行在线估计从而将得到的估计值通过非线性反馈控制律进行实时补偿，以此达到控制的目的。在无外界干扰和有外界干扰的情况下分别对椭圆轨道控制进行仿真实验，验证了所设计控制器的可行性以及优势。关键词：轨道控制交会对接设定值规划黄金分割控制不确定性自抗扰控制器AbstractABSTRACTWiththeincreasingdemandofh

7、umanexplorationofspace,spacerendezvousanddockingtechnologyisgettingmoreandmoreattentionsinthewholeworld.Forthespacerendezvousanddocking，，Abstractellipticalorbitdynamicsmodel,atransientprocessbetweentheinitialcoordinateandthetargetcoordinateofthesystemisdesignedtore

8、ducetrackingerrorandsolvethecontradictionbetweensystemrapidityandovershoot.Usingextendedstateobservertoestimatethereal-timeinformationoftheunavai