航天器姿轨耦合非线性同步控制

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1、第29卷第3期计算机仿真2012年3月文章编号：1006—9348(2012)03—0126一06航天器姿轨耦合非线性同步控制铁钰嘉k2，杨伟1’2，岳晓奎1(1．西北工业大学，陕西西安710072；2．成都飞机研究所。四川成都6l0041)·摘要：研究航天器飞行稳定控制建模问题。航天器动力学模型的精确建立。要求采用单独建立轨道或姿态的模型无法满足任务高精度要求，从非线性相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数(MRP)表示的姿态运动学方程出发．建立了航天器六自由度的相对耦合动力学方程。为了给出姿轨运动的基准．分别设计了航天器理想姿态和椭圆加指

2、数接近轨道。针对耦合非线性动力学方程设计了非线性同步控制律，并通过Ly叩unov证明闭环系统的全局渐近稳定性。通过仿真结果可以看出．非线性同步控制算法能使轨道和姿态误差逐步趋于零，为航天器姿轨耦合设计提供了依据。关键词：姿轨耦合模型；同步控制；非线性控制；类拉格朗日方程中图分类号：V448．2文献标识码：BSpacecraftAttitudeandOrbitCoupledNoIllinearSynchroIlizationControlTIEYu—jia1．-，YANGWeil，-，YUEXiao—kui1(1．No曲westemP0lyte

3、chnicalUniversity，Xi，蚰Sh趿xi710072，Chim；2．ChengduAircr撕ResearchInstitute，ChengduSichu锄61004l，Chi蚰)ABSTRACT：PrecisedynaIIlicmodelofspacecr出isessemialfbrtlIespacemissions肌dshollldbecompletedsuc—ceSsfully．Never吐leless，t}leindependentorbitorattitudedyn锄icmodelsc蛐notnleethighprec

4、isiont酗ks．Thispa_perdevelopeda6一DOFrel砒ivec叫plingdyIl锄icn州elb鹊edupontllenoIlline盯relatiVemotiondynamicsequations锄daltitudekinematicseqIlationsdescribedbyMRP．Inorderto百vethebenchmark0fattitudeandorbitmotionre-spectively，tlleidealspacec珀ftat“tudeaIld．theellipticalplusexponent

5、tmckorbitwere西Ven．Nonline缸syIlchmni盟-tioncontmllaww船designedfort}Iecouplednolllineard”锄icmodel，w量10seclose—100psystemwaspmvedtobedobal鹊ymptoticstablebyLyapunovdirectmethod．Finallly，tllesimulati∞resultsiuustratethat山e∞Illine盯syIl-chmnizationcontmlalgorithmcanmbusnydrivetlIeo

6、rb“卸dattitudeenDrstoconvergetozem．KEyWoImS：Attitude锄dorbitalcouplingmodel；SynchmIlizationcontr01；Nonline盯c∞Ⅱd；Quasi—Lag阻ngeequa．60nl引言随着航天器结构、功能、任务需求日趋复杂．迫使空间各种技术研究不断深入，同时对航天器操作的自主性、精确性及快速性也提出更高的要求。航天器相对轨道和相对姿态的耦合控制是完成空间任务所必须解决的关键技术之一。而现有的姿轨联合技术大都局限于轨道问题与姿态问题的简单叠加．并没有体现出轨道与

7、姿态的耦合。因此，有必要研究航天器姿轨耦合动力学建模及其姿轨同步控制问题。以往航天器动力学建模的研究主要集中在相对运动轨道动力学方面．首先是CW方程，在此之后扩展为L洲den方程⋯、考虑扰动的相对运动方程’2]，而有关相对运动六自由度的建模问题[3。51仅在近几年才被广泛关注，文献[3]描述收稿日期：20ll—04一18修回日期：2011—05—28一126一了航天器上任意两个点之间的运动，并给出了类Cw方程的姿轨耦合模型。精确的相对位置和姿态对于航天器的空间操作来说是不可或缺的，因此对控制器也提出了严格的要求。许多学者对相应控制器进行了研究

8、，Y眦锄aka在研究小卫星编队飞行时，设计了轨道和姿态联合控制律[6】。文献[7]建立了轨道和姿态动力学模型，利用滑模变结构控制实现卫星六自由度控制，Hon91如“