椭圆轨道伴飞构型设计与稳定保持.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第33卷2016年第1期文章编号：1006—1630(2016)o卜0042一08椭圆轨道伴飞构型设计与稳定保持孙胡1、2，田少雄1、2，卢山1、2，武海雷1、2，刘付成1、2，贾成龙1、2(1．上海航天控制技术研究所，上海201109；2．上海市空间智能控制技术重点实验室，上海201109)摘要：研究了在真实空问环境中椭圆轨道上长期稳定伴飞的构型设计和构型保持控制方法。基于椭圆轨道航天器相对运动方程，推导出周期性相对运动条件，给出了两种稳定伴飞构型，用闭环控制和基于轨道要素的伴飞控制两种方法进行伴飞构型的长期稳定控制，并对结果进行比较

2、，评估了两种控制方法的精度和工程适应性。仿真结果证明了两种方法的正确性和有效性。关键词：长期稳定伴飞；椭圆轨道；相对运动；轨道要素；闭环控制；基于轨道要素的伴飞控制中图分类号：V448．2文献标志码：ADesignandControlTechniqueforLong-TermStableCompanyingFlyingonE儿ipticalOrbitSUNYuel一，TIANShao—xion91一，LUShanl～，WUHai一1eil～，LIUFu—chen91’2，JIACheng—lon91’2(1．ShanghaiInstituteofSpaceflightContr

3、01Techn0109y，Shanghai201109，China；2．ShanghaiKeyLaboratoryofAerospaceInteUigentControlTechn0109y，Shanghai201109，Chlna)Abstract：Thedesignandcontrolmethodsforlong—termstablecompanyingflyingonane11ipticalorbitunderrealspaceenvironmentwerestudiedinthispaper．Theconditionofperiodicrelativemovementw

4、asdeducedbasedonthespacecraftrelativemotionequationofellipticalorbit．Twostablecompanyingflyingconfigurationsweregivenout．Twomethodsforlong—termstableconfigurationcontrolwhichonewasclosed—loopcontrolandtheotherwasbasedonorbitalelementswereappliedtocontr01．Theresultsoftwomethodswerecomparedand

5、theprecisionandengineeringapplicabilityofcontrolmethodswereevaluated．Thesimulationresultsprovedthecorrectnessandvalidityofthetwomethodsproposed．Keywords：Long—termstablecompanyingflying；E11ipticalorbit；Relativemotion；0rbitalelements；Closed—loopcontrol；Companyingflyingcontrolbasedonorbitalelem

6、ents0引言自主编队中伴飞构型设计和伴飞维持控制是必不可少的技术基础。为降低控制频率，减少伴飞燃料的消耗，需依靠自然伴飞，通过伴飞构型设计实现对目标的稳定跟踪。在空间多种摄动力作用下，伴飞构型会出现长期漂移，伴飞星位置不能保持在目标星附近的一定范围内，有必要采用合适的控制方收稿日期：2014一09—25；修回日期：2014—11—28基金项目：上海市科技人才计划资助(14XDl421400，14QBl401800)作者简介：孙胡(1987一)，女，硕士，主要研究方向为航天器相对运动交会控制。法在节省燃料的前提下保持稳定的长时间伴飞。目前对椭圆轨道伴飞的研究主要集中于相对动力学

7、建模和构型设计，针对伴飞控制的研究相对较少。文献[1]提出了利用大气阻力差实现在不消耗任何燃料条件下的伴飞控制，文献[2]对此进行了深入研究；文献[3]研究了远距离伴飞的控制策略。但上述方案只适于伴飞中心漂移且构型不发散的圆轨道伴飞。椭圆轨道长期伴飞时不仅构型中心漂移，构型还会逐渐发散，若不施加控制会漂出设定的伴飞范围，因此椭圆轨道伴飞构型保持需寻求其他控制方法。文献[4]基于相平面法提出了一种编队飞行构型保持控制方法；文献[5]采用双脉冲方法对绕飞轨第33卷2016年第l期孙弱，等：椭圆轨