局部惯量未知的航天器组合体姿态控制

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1、硕士学位论文局部惯量未知的航天器组合体姿态控制RESEARCHONATTITUDECONTROLOFCOMBINEDSPACECRAFTWITHPARTIALINERTIAUNKNOWN秦琰哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工学硕士学位论文局部惯量未知的航天器组合体姿态控制硕士研究生：秦琰导师：曹喜滨教授申请学位：工学硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：V448.2U.D.C：629.78Dissert

2、ationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONATTITUDECONTROLOFCOMBINEDSPACECRAFTWITHPARTIALINERTIAUNKNOWNCandidate：QinYanSupervisor：Prof.CaoXibinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Co

3、nferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着空间技术的发展，在轨服务技术得到了各航天大国更多的瞩目和关注。在轨服务航天器是实现在轨服务的核心载体。作为空间的加油站和维修站，在轨服务航天器的作用也日益凸显。本论文以在轨服务为背景，主要研究了在轨服务航天器与失控目标航天器组合后所形成的航天器组合体的姿态控制问题，具体的研究内容如下：当携带有效载荷的目标航天器在空中失控后，服务航天器与之进行交会对接,形成航天器组合体并控制其姿态，协助其完成空间任务。组合体的质量特性与服务航天器相比

4、有显著变化，考虑航天器质量特性的显著变化是本文姿态控制器设计的一个重点。当与质量特性未知的目标航天器进行组合，组合体质量特性辨识或者辨识存在误差等都使航天器组合体的惯量具有了一定的不确定性。考虑航天器组合体转动惯量的不确定性是本文的另一个研究重点。本文考虑服务航天器与惯量精确已知，惯量通过辨识而具有一定不确定性和惯量无法辨识或未经辨识三种情况下的目标航天器对接后形成航天器组合体，分别设计服务航天器的姿态控制器实现对组合体的姿态控制。当目标航天器的惯量精确已知时，考虑航天器组合体相对于服务航天器惯量增大的情况，提出了基于极点配置的与惯量相关的姿态控制器设计方法。当航

5、天器惯量变化时，系统的稳定速率不受影响。当组合航天器的惯量值经辨识后存在误差时，考虑航天器组合体惯量不确定性和外界干扰力矩因素的影响，通过李亚普诺夫稳定性理论设计与极点相关的滑模函数参数值，设计了基于极点配置的滑模控制器，并证明了其稳定性。当组合航天器惯量未知时，可以将航天器组合体视为具有大不确定性惯量的服务航天器。为保证滑模增益对大惯量不确定性的鲁棒性，同时减小系统到达平衡位置附近时的抖振现象，设计自适应时变滑模增益，并增加自适应控制项。通过李雅普诺夫稳定性定理设计与极点相关的滑模增益并证明其稳定性。极点配置控制器和滑模控制器均可视为该控制器中的一部分，因此对于

6、惯量精确已知和部分未知的航天器组合体该控制器均可适用。控制器参数与极点和已知惯量部分相关，根据系统性响应指标设计极点即可使系统在期望时间内稳定，无需整定控制器的参数。关键词：在轨服务；姿态控制；惯量不确定性；极点配置-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththehighlydevelopmentofspacetechnology,theon-orbitservicingtechnique,haswonbroadconcernandhasbeenstudiedintensivelyamongspacefaringunions.Astheservi

7、cestationandmaintenancestationinspace,theon-orbitservicingspacecraftisthecorecarrierofon-orbitservicingtechnology.Theroleofon-orbitservicingspacecrafthasgraduallybecomemoreessential.Inthecontextofon-orbitservicingtechnique,thisdissertationmainlystudiestheattitudecontrolproblemofservic

8、ingsp