脉冲推力作用下的航天器自主交会过程的鲁棒控制方法研究

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1、硕士学位论文脉冲推力作用下的航天器自主交会过程的鲁棒控制方法研究ROBUSTCONTROLOFAUTONOMOUSSPACECRAFTRENDEZVOUSUNDERIMPULSIVETHRUST李博伦哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文脉冲推力作用下的航天器自主交会过程的鲁棒控制方法研究硕士研究生：李博伦导师：杨学博申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：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:TP273U.D.C:681.5Disse

2、rtationfortheMasterDegreeinEngineeringROBUSTCONTROLOFAUTONOMOUSSPACECRAFTRENDEZVOUSUNDERIMPULSIVETHRUSTCandidate：LiBolunSupervisor：YangXueboAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring

3、-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着我国航天任务的逐步开展，交会对接技术已成为航天器协同工作中的热点研究问题。近年来，无人参与的航天器自主交会被广泛地应用到各种空间站任务实施中。根据我国载人航天计划中已经启动的北斗卫星发射计划和空间站计划，交会对接技术中控制问题的研究具有十分重要的现实意义。空间交会任务按航天器的相对距离分为三个阶段，本文的研究背景是近距离导引段。我们基于切换控制思想对航天器交会经典模型进行了改进，并考虑有限推力上界约束，目标航天器的轨道非圆不确定性，轨道推进器故障问题来优化控制律。最后，利用仿真验证了本文研究的

4、控制方法的有效性。本文的主要研究内容为：建立了航天器自主脉冲交会离散模型。根据李雅谱诺夫函数广义稳定的条件，设计了有限推力约束下的基于状态反馈的分段控制率，使每个脉冲周期中李雅普诺夫函数的值均小于上个周期李雅谱诺夫函数的值，直至趋近于零。建立了航天器自主脉冲参数优化模型，设计了航天器自主脉冲交会参数优化模型的状态反馈控制率。从基于切换控制思想的航天器自主脉冲交会模型方法出发，引入参数变量，构建了航天器自主脉冲交会参数优化模型。设计出基于李雅谱函数的稳定理论的有限推力约束下航天器自主脉冲交会参数优化模型的状态反馈控制律。设计了带有不确定性的参数优化容错控制律，考虑到航天器自主脉冲交会的

5、动力学模型推导的前提假设在实际工程中的可行性，我们引入了非圆不确定性统一表述引力不均和摄动力等情况对航天器相对运动状态造成的影响，并为轨道推进器设置了容许误差的适用范围。在仿真计算中，我们采用遗传算法，提高了仿真的效率。我们均以LMI工具箱中求解线性矩阵不等式的关键值tmin作为遗传算法适应度函数的优化目标，选取适当的遗传算法参数，通过交叉，重组，变异找到适应度函数最优的遗传子代，进而求出满足控制律约束的全局最优可行解。关键字：交会对接，脉冲推力，遗传算法，容错控制-I-AbstractAbstractWiththedeploymentofspacemission,rendezvou

6、sanddockingtechnologyisplayinganimportantpartincooperativespatialtask.Forthepastfewyears,unmannedspacecraftrendezvousanddockingtechnologyhasbeenwidelyusedinvariousspacestationmissions.ControlofrendezvousanddockingsystemisofgreatsignificanceaccordingtotheBeidousatellitelaunchplanandthespacestati

7、onplan.Spacerendezvousprocesscanbedividedintothreeparts.Ourworkisbasedoncloseguidancepart.Wemodifyspacecraftrendezvousmodelbyintroducingswitchcontrolandimprovecontrollawconsideringlimitedthrust,non-circleuncertaintyandthrustfaults