基于数据驱动的非合作目标组合体航天器姿态控制.pdf

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1、硕士学位论文基于数据驱动的非合作目标组合体航天器姿态控制DATA-BASEDATTITUDECONTROLOFCOMBINEDSPACECRAFTWITHNONCOOPERATIVETARGETS李冬旭哈尔滨工业大学2018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：公开工程硕士学位论文基于数据驱动的非合作目标组合体航天器姿态控制硕士研究生：李冬旭导师：周彬教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:

2、629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDATA-BASEDATTITUDECONTROLOFCOMBINEDSPACECRAFTWITHNONCOOPERATIVETARGETSCandidate：LiDongxuSupervisor：Prof.ZhouBinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticsDateofDefence:June

3、,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要为了增加航天器的在轨服务时间、提高性能、进行交会对接等空间任务，在轨维修和在轨加注等空间在轨服务技术也成为了研究的重点。在各国之间太空力量竞争以及在轨维护的过程，难免会遇到需要抓捕非合作目标航天器的情况，非合作目标航天器的转动惯量等参数并不是精确已知的，那么当服务航天器抓捕非合作目标航天器形成组合体之后，如何对组合体航天器进行姿态稳定控制成为首要研究任务。由于组合体航天器姿态控制系统参数未知，因此，传统的

4、姿态控制方法已无法满足控制要求。基于数据驱动的控制方法，不依赖于系统精确的数学模型，利用充分的系统输入输出数据即可得到满足要求的控制器。本文利用自适应动态规划方法分别基于非线性模型和线性模型设计了非合作目标组合体航天器姿态稳定控制器。首先利用不同描述方法和刚体动量矩定理建立了航天器姿态姿态控制系统的数学模型。最后分析了航天器在空间中不同情况下受到的干扰力矩。在第3章通过直接基于非合作目标组合体航天器姿态控制系统的非线性模型，结合非线性最优控制理论设计最优控制器。非线性最优控制理论中，Hamilton-Jacobi-Bellman(HJB)方程的求解十分困难，目

5、前还没有求解HJB方程解析解的方法。此外，组合体航天器姿态控制系统的参数是未知的。针对上述两个问题，本章根据近似理论，利用多项式逼近的方法求得HJB方程的近似解，同时也不需要系统的参数信息，解决了系统参数未知的问题。第4章利用自适应动态规划的方法设计组合体航天器姿态控制器。首先在平衡点附近对系统模型进行了线性化处理，得到了线性状态空间模型。在状态空间模型中，系统矩阵是部分未知的，但系统矩阵的结构和服务航天器的参数精确已知，利用这一特点，将组合体航天器姿态控制系统描述为已知部分和未知部分的组合形式，为后续控制器设计提供了方便。然后，利用最优控制理论给出了最优控制

6、器的形式，用参量Lyapunov方程取代了代数Riccati方程，解决了代数Riccati中矩阵?的选择问题。利用Kleinman迭代算法的思想求解代数Riccati方程，针对组合体航天器系统参数未知的情况，充分利用系统的输入输出数据成功避开了系统矩阵?和?，直接通过迭代算法得到近似最优的线性反馈增益?∗，进而得到近似最优控制器?∗。最后，通过Matlab仿真实验验证了本章设计的控制器的有效性。关键词：卫星；姿态控制；非合作目标；数据驱动控制；自适应动态规划；-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththecontinuouslydevelo

7、pmentofspacetechonologyandtheincreasingdemandforexplorationofouterspace,competitioninouterspacehasgraduallybecomeanewstrategiccommandingheight.Allcountriesarecommittedtobuildingspaceforces.Inordertoextendtheservicelifeofspacecraft,enhancetheperformanceofspacecraft,andbuildanewcombin

8、edspacecraft,on-orb