椭圆轨道交会对接有限时间控制问题研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina硕士学位论文印柄圆机道文会对接有艮肘问论文题目控喇问题研免作者姓名再学科专业控痛与工导师姓名‘⋯更完成时间二一五年五月硕士学位论文椭圆轨道交会对接有限时间控制问题研究作者姓名：徐冉冉学科专业：控制科学与工程导师姓名：季海波教授完成时间：二〇一五年五月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster'sdegreeResearchonFinite-timeControlofSpace

2、craftRendezvousandDockinginanEllipticalOrbitAuthor:RanranXuSpeciality:ControlScienceandEngineeringSupervisor:Prof.HaiboJiFinishedTime:May,2015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宄工作所取得的成果。除已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宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者

3、签名：签字日期：德■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位论文的部分使用权，即：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。幵口保密年作者签名：导师签名签字日期：签字日期：德‘摘要摘要航天技术是当今世界科技中最尖端的技术

4、之一，也是一个国家综合国力与科技水平的重要标志。航天器交会对接是进行深空探索、拓展人类生存空间的重要步骤，也是航天领域研宄的热点问题之一。空间交会对接技术是实现诸如空间站的物资补给、航天员的交换和营救、航天器的在轨装配和维护等在轨服务的关键技术与先决条件。自主交会对接作为空间交会对接的主要趋势，最终逼近段是其中的一个重要阶段。本论文以航天器椭圆轨道交会对接为背景，针对交会对接的最终逼近阶段，研究了在椭圆轨道上航天器的相对位置与相对姿态的控制器设计问题，从理论的角度出发，提出了一套有限时间收敛的控制方案。首先，本文建立了数学模型以方

5、便对航天器交会对接问题的分析，包括轨道动力学模型与姿态描述模型。在常用基本坐标系的基础上给出了适用于椭圆轨道的相对动力学模型；介绍了用于描述航天器姿态的欧拉四元数法，并基于此给出了航天器的姿态运动学模型与动力学模型。其次，对近年来引起人们的广泛兴趣的有限时间控制设计方法进行了简要的介绍，给出了有限时间稳定性的定义以及判定控制系统有限时间稳定的定理。随后，针对航天器的椭圆轨道相对动力学模型，在考虑外界扰动的情况下，利用有限时间控制方法，分别基于传统模型和改进模型进行了有限时间控制器的设计，并通过仿真验证了控制算法是有效的。然后，本论

6、文针对追踪航天器与自由翻滚的目标航天器进行近距离交会对接的姿轨耦合控制问题，建立了相对姿轨一体化耦合模型，并在考虑未知有界扰动与控制输入饱合的情况下，利用有限时间控制技术深入研宄了追踪航天器与自由翻滚的目标飞行器进行自主交会对接的相对位姿耦合控制方案。对闭环系统的数值仿真实例证明了控制方案的安全性与有效性。最后，文章对已研宄的工作进行了总结，并针对有进一步研究空间的方向和问题提出了自己的观点。关键词：交会对接，椭圆轨道，有限时间控制，输入饱和ABSTRACTABSTRACTSpacetechnology，，，，，，，，，ABSTR

7、ACTtionintoconsideration.Numericalsimulationoftheclosed-loopsystemvalidatesthecontroleffect.Finally,thearticlegivesasummaryofworkhasbeenreserchedandputsforwarditsownviewpointondirectionsandproblemsforfurtherresearch.Keywords:RendezvousandDocking,EllipticalOrbit,Finite

8、-timeControl,ControlInputSaturationIV目录目录目录插索弓丨主要符号对照表第一章绪论选题背景及意义空间交会对接概述基本概念飞行过程的划分关键技术航天器交会对接的发展背景美国交会对接技术的发展前苏联俄罗斯交会对接技术