基于对偶四元数的航天器相对位置和姿态耦合控制

针对交会对接、在轨服务等航天任务中存在的轨道和姿态动力学耦合问题,突破传统的轨道姿态分而治之模式,利用对偶四元数建立了相对位置和姿态的一体化耦合动力学模型,并分析了模型中存在的轨道和姿态耦合影响。针对此强耦合、非线性系统,基于对偶四元数的李群结构设计了误差PD(Proportional Derivative,比例微分)控制律,采用Lyapunov(李雅普诺夫)方法分析了控制系统的稳定性,并指出其相比传统的轨道和姿态分别控制方法更有优势。仿真结果表明,该控制方法能够一体化控制航天器的相对位置和姿态,相对位置控制精度在0.01m以内,相对姿态控制精度在0.05°以内,这表明所设计的控制器有效可行。