小推力轨道保持方法.pdf

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1、2010年第4期上海航天AEROSPACESHANGHAl文章编号：1006—1630(2010)04—0023—06小推力轨道保持方法吕秋杰1，孟占烽2，韩潮2(1．航天东方红卫星有限公司，北京100094；2．北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：对小推力轨道保持方法进行了研究。用快、慢变量控制器分别控制轨道要素的快慢变量，基于推导的经典轨道要素与2个推力方向角和最佳变轨位置的关系，给出了最仇推力方向角的解析表达式。用Lyapunov反馈控制实现卫星轨道机动的轨道转移，并引入相位调整。实现了卫星的站位保持。仿真结果表明：基于Lyapunov的反馈控

2、制可实现小推力轨道的转移和保持。关键词：小推力；轨道机动；站住保持；反馈控制中图分类号：V412．4文献标示码：ALOWThrustControlMethodin0rbitMaintenanceLU、Qiu—jiel，MENGZhan—fen92，HANCha02(1．DFHSatelliteCo．。Ltd．，Beijing100094，China；Z．SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Bering100191，China)Abstract：Thefastandsl

3、owvariablecontrollerswereusedtocontrolthefastandslowvariablerespectively．Thefunctionexpressionoftheoptimalthrustorientationanglewasgivenoutbasedontherelationshipoftheclassicorbitalelementswiththetwothrustangleandtheoptimalorbitchangingposition．Theorbittransferofthespacecraftorbitmaneu

4、verwasrealizedbytheLyapunovfeedbackcontrol，andthestationkeepingofthespacecraftwasrealizedbyadoptingthephaseadjusting．ThesimulationresultsshowedthattheorbittransferandkeepingwithlowthrustwereberealizedbytheLyapunovfeedbackcontr01．Keywords：Lowthrust；Orbitmaneuver；Stationkeeping；Feedback

5、control0引言卫星的轨道控制任务包括两类：一是轨道机动或转移(简称变轨)，另一是轨道保持，即为克服空间环境对轨道的摄动需对轨道进行修正控制。轨道机动是航天动力学研究的一个热点。按控制力大小和作用时间长短，轨道机动可分为脉冲、有限推力和小推力轨道机动[1]。脉冲式变轨方式设计简单，在推力较大、变轨弧段较短时，脉冲变轨准确合理。近年来卫星任务呈现多样性，中低轨道小卫星占多数，其突出特点是自身承载能力有限，且在变轨过程中部分小卫星的伸展机构已展开，无法经受大推力变轨的冲击，致使大推力脉冲式变轨的应用越来越少，而收稿日期：2008-06—06；修回日期：2008—0

6、7—08作者简介：吕秋杰(1983一)，女，硕士生，主要研究方向为航天器动力学与控制、航天系统动力学仿真等．更多采用了有限推力和小推力的轨道机动。小推力轨道机动是卫星轨道控制的发展方向之一。小推力推进系统的比冲高、工作寿命长、可靠性高、技术成熟；产生的振动小；推力小、卫星变轨时间长、控制精度高，故应用小推力推进系统进行轨道机动越来越受重视，典型如电推进系统。为减少卫星推进分系统的推进剂消耗量，采用高比冲、长寿命的电推进系统作为大型长寿命卫星的推进分系统已成为现代卫星技术先进性的主要标志之一。目前，小推力已在航天器的轨道转移、轨道保持，以及星际航行领域获得了广泛应用

7、。对小推力轨道保持的研究获得了大量成果。CASALINO利用优化小推力转移任务的Edelbaum方法研究了微量级推力复合变轨，用间接优化方法获得了恒定和可变脉冲的精确数值解[23。STEVEN研究了太阳电能推进技术在地球同步轨道卫星站位保持中的应用，并分析了基上海航天AEROSPACESHANGHAI2010年第4期于电推进技术的地球同步轨道卫星位置保持的模型和控制[3“]。ECKSTEIN在电推进系统推力大小和作用时间受约束的条件下，设计了一种寻求最优推力策略的方法[5]。NATHAN用传统最优控制技术设计了一种推力角构型，对电推进系统与传统化学推进系统实现的站

8、位机动进行