航天器非奇异自适应终端滑模姿轨联合控制

为了实现航天器姿态与轨道的同步控制,提出了一种航天器姿态与轨道联合控制的非奇异自适应终端滑模控制律。首先,建立了航天器姿轨耦合运动的对偶四元数模型;其次,提出了一种姿轨联合跟踪控制的非奇异终端滑模控制律,并设计了自适应控制律以改善质量特性不确定性的影响,利用李雅普诺夫函数证明了所提控制律的稳定性;最后,绕飞小行星的跟踪控制仿真算例表明了控制律的有效性。结果表明:所提控制律具有较高的控制精度,能够在有限时间内收敛,仿真过程中不存在奇异点,抑制了质量特性的不确定性对控制的影响,且对滑模的抖振特性有抑制效果。

电推进在航天器姿态控制中的研究综述

本文首先对电推进技术进行了简要的介绍,根据目前已有的电推进姿态控制应用,分析了适用于航天器姿态控制的不同类型的电推力器特性,之后分别对电推力器在姿态控制中的在轨应用现状和研究现状进行了综述和分析。在研究现状综述中,针对航天器姿态控制、姿轨联合控制和角动量卸载三个任务类型,分析总结了电推力器在布局、控制策略和算法等方面的研究成果和结论。最后,针对未来电推进技术在航天器姿态控制应用所面临的挑战,提出了相应的发展建议。

接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制

航天器在实施对空间非合作目标的近程操作任务中,需要接近目标并保持在目标附近的特定方位,对目标指定部位随动跟踪和观测。针对非合作机动目标的接近和视线跟踪的六自由度控制问题,根据视线坐标系下的相对轨道方程和体坐标系下的相对误差四元数姿态方程,建立了航天器间近距离相对运动的轨道和姿态联合控制模型。考虑模型的非线性、时变性和计算的快速性,采用θ-D控制方法进行接近和视线跟踪的轨道和姿态联合控制。为了减小跟踪同时存在轨道和姿态机动的非合作目标的控制误差,应用Lyapunov最小-最大定理设计了θ-D修正控制器,改善非合作目标同时进行姿态和轨道机动时的控制性能。仿真验证了模型的正确性和控制器良好的跟踪性能。

服务航天器主动绕飞观测的建模与控制

围绕服务航天器对目标任意方位绕飞观测操作,提出一种可灵活配置多种相对运动构型的绕飞建模方法。将绕飞分为过渡过程和绕飞过程2个阶段。通过对绕飞过渡过程采用S型速度曲线进行规划,使服务飞行器从任意初始方位平稳地进入绕飞平面。定义轨迹规划坐标系和期望姿态坐标系,将三维绕飞观测转化为二维轨迹设计与期望姿态解算,实现了绕飞观测的降维设计。定义期望绕飞矢量,实现绕飞构型的灵活配置。建立了相对轨道误差动力学模型,将对绕飞轨迹的跟踪控制转化为对跟踪误差的调节器设计。综合考虑轨道、姿态与挠性附件振动间的耦合作用,设计了基于模态观测器的姿轨联合控制律。数学仿真结果表明了该方法的正确性。

基于Lyapunov方法的非合作目标接近与视线跟踪

研究了接近和跟踪同时存在姿态翻滚和轨道机动的非合作目标轨道姿态6-DOF联合控制问题。综合视线坐标系下相对运动动力学模型和追踪航天器姿态动力学模型,建立姿轨联合动力学模型。由于系统模型存在很强的非线性,所以对系统模型先进行预处理,将其转化成利于控制器设计的形式,采用Lyapunov最小-最大方法对同时存在姿态翻滚和轨道机动的非合作目标设计了自主接近和随动跟踪控制律。通过仿真验证了模型和控制方法的有效性。