空间交会对接控制方法的研究

论文摘要

空间交会对接轨道控制方法的研究,对我国空间技术进一步发展起到重要的推动作用。因为轨道控制方法的优劣直接关系到整个交会对接过程的成败。最终逼近阶段是空间交会对接活动的重要阶段。本文对空间交会对接的最终逼近阶段做了具体的研究,设计了一种直线型制导律,完成了该制导律的仿真验证。首先,在文章中给出了飞行器动力学模型和执行机构的模型。相对轨道动力学模型采用的是希尔方程,执行机构采用的是推力器。基于此模型,设计了一种直线型制导律。考虑到安全因素,在制导律中将主动安全与被动安全结合,并设计了主动安全下的避撞机动。所以这种控制方法兼有主动安全与被动安全的优点。然后,在文章中建立了数字仿真平台,同时对其稳定性做了详细的分析。对数字仿真平台各部分的设计过程及工作原理有也做了详细说明,包括执行机构的选择,推力器的实现方法,控制器的设计,两航天器相对动力学的模型模及连续力的PWPF(调宽调频)的实现等。最后,针对直线型制导律进行了半物理仿真验证。给出了半物理仿真平台的结构及功能;研究了由于位置反馈所带来的系统延时的影响。对有延时的系统的稳定性做了详细的分析。证明了系统在一定的参数下,延时小于200ms时仍然是稳定的。数字仿真和半物理仿真的结果证明了直线型制导律的有效性和安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 空间交会对接概述
• 1.3 航天器的轨道控制概述
• 1.4 空间交会对接半物理仿真
• 1.5 论文主要结构安排
• 第2章 系统建模分析
• 2.1 引言
• 2.2 交会对接中的坐标系
• 2.2.1 地心惯性坐标系
• 2.2.2 轨道平面坐标系
• 2.2.3 卫星本体坐标系
• 2.2.4 视线坐标系
• 2.3 飞行器建模分析
• 2.3.1 相对轨道动力学模型
• 2.3.2 姿态动力学模型
• 2.4 执行机构
• 2.5 本章小结
• 第3章 最终逼近段轨道控制方法
• 3.1 引言
• 3.2 相对运动方程
• 3.3 最终逼近段制导律的设计方法
• 3.4 直线型制导律
• 3.5 选择速度模型
• 3.5.1 等速模型
• 3.5.2 慢速型模型
• 3.6 考虑安全性能的直线型制导律
• 3.6.1 被动安全模式
• 3.6.2 主动安全模式
• 3.6.3 安全模式下的直线型制导律
• 3.7 本章小结
• 第4章 数字仿真与分析
• 4.1 引言
• 4.2 数字仿真平台
• 4.2.1 控制器的设计
• 4.2.2 执行机构的选择
• 4.2.3 变推力的工程实现
• 4.2.4 连续力的PWPF的实现
• 4.2.5 数字仿真平台的建立
• 4.3 数字仿真平台稳定性能分析
• 4.4 数字仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 半物理仿真与分析
• 5.1 引言
• 5.2 地面半物理仿真系统的结构与功能
• 5.3 半物理仿真平台稳定性能分析
• 5.4 半物理仿真结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢