非合作目标编队飞行耦合动力学建模与六自由度控制

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1、第42卷第2期2010年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．42No．2Apr．2010非合作目标编队飞行耦合动力学建模与六自由度控制高有涛1陆宇平1’2徐波2(1．南京航空航天大学自动化学院，南京，210016；2．南京航空航天大学航天学院，南京，210016)摘要：研究了非合作目标编队飞行的相对轨道和相对姿态运动，分析了非合作目标编队飞行的相对位置运动和相对姿态运动的耦合关系；建立了非合作目标编队飞行的六自由度动力学模型；设计

2、了基于指数趋近律滑模控制方法的控制器；并证明了该系统的稳定性。仿真结果验证了六自由度控制的有效性。关键词：非合作目标编队飞行；动力学建模；六自由度控制；滑模控制中图分类号：V412．4文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)02—0159—07ModelingandSix·-Degree-of--FreedomControlforNon·。cooperativeSatelliteFormationFlyingGaoYouta01，LuYupin91”，XuB02(1-CollegeofAutomationEngin

3、eering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China2．CollegeofAstronautics，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics。Nanjing，210016，China)Abstract：Therelativepositionandtherelativeattitudemotionofnon—cooperativesatelliteformationfly—ingarestudie

4、d．Thecoupledrelationoftherelativepositionandtherelativeattitudeareconsidered．Acoupledsix—degree-of-freedommodelfornon—cooperativesatelliteformationflyingisestablished．Aslid—ingmodecontrollerbasedontheexponentreachinglawisdesigned．Thestabilityofthecontrolsystemforthes

5、atelliteformationflyingisproved．Simulationresultsverifytheeffectivenessofthesix—degree—of．freedomcontroller．Keywords：uncooperativeformationflying；dynamicsmodeling；six-degree-of—freedomcontrol；slidingmodecontrol非合作目标编队飞行是指构成编队飞行的空间飞行器之间不能相互提供有效合作信息，编队飞行中有成员无编队意愿，甚至有一方

6、排斥构成编队飞行。如飞行器与故障失效飞行器、空间碎片或敌方的空间飞行器构成的编队飞行。利用空间非合作目标编队飞行，可以对非合作目标进行实时观测或监视等任务，对其轨道运动特性进行分析，进而为其他空间任务提供服务。与合作目标编队飞行不同，非合作目标编队飞行的视觉点在伴随星上，以往需要目标星提供有效信息的相对运动模型已不能有效描述非合作目标编队飞行的运动。由于不能像合作目标编队飞行一样，通过两颗卫星相互配合满足一定的初始条件来构成编队飞行并保持队形，非合作目标编队飞行主要是通过对伴随星的主动控制与目标星构成编队飞行。另外，非合作目标编

7、队飞行任务的完成还要依赖对伴随星姿态的精确控制，因此，研究非合作目标编队飞行六自由度的动力学和控制是非常必要的。许多控制方法已经先后被应用到卫星编队飞行的控制器设计中，例如Vassar等人[1]最早利用基金项目：国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)(2008AAl201)资助项目。收稿日期：2009—03—13；修订日期：2009-10-22作者简介：高有涛，男，博士研究生，1983年4月生；陆宇平(联系人)，男，教授，博士生导师，E—mail：yplac@nuaa．edu．cn。160南京航空航天大学学报第42卷C—W方程

8、轨道面内运动与轨道平面法线方向的运动相互解耦的特性，设计了圆参考轨道的编队构形控制器。针对脉冲推力器的工作性质，Kapila等[2]设计了基于离散化的C—W方程的全状态反馈控制器。SparksE3]以地面投影圆构型为研究对象，采用离散时间线性反馈I。QR控制方法