论文摘要
随着空间技术的发展,现代小卫星正在日益走向成熟,必将在现代社会中发挥出越来越大的作用。卫星编队飞行这一概念的提出,为小卫星开辟了新的应用方向和发展空间,受到国内外学者的普遍关注。本文从动力学和控制的角度出发,对卫星编队飞行进行了有益的探索和研究。首先基于二体假设,采用两种方法系统地研究了圆或近圆轨道上卫星编队飞行的相对运动。动力学方法从CW方程的解析解出发,证明了绕飞轨道是以参考卫星为中心的椭圆。运动学方法通过一阶近似,得到了运动学形式的绕飞条件和绕飞方程。然后,重点讨论了空间圆和当地水平面投影圆两种绕飞轨道。在绕飞方程的基础上,揭示了绕飞编队的构成机理,分别基于两种方法实现了绕飞编队的轨道设计,并结合数值算例进行了比较。摄动因素对卫星编队飞行的影响是应用中非常关心的问题,本文考虑地球扁率这种摄动因素,对此进行了研究。在CW方程的基础上,分别求解了地球扁率的整体摄动和相对摄动,分析了摄动规律。卫星编队的保持与控制是编队飞行的一项关键技术,本文对此进行了深入研究。本文主要研究两种典型的卫星编队控制任务:编队捕获和编队保持。以CW方程为相对动力学模型,分别采用两种方法研究了这两种典型的卫星编队控制任务:线性二次型最优控制方法和模型预测控制方法。模型预测控制是一种新型的控制方法,讨论了该控制算法在编队飞行队形控制中的一些应用问题。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法,与线性二次型最优控制相比,仿真结果表明,该控制算法接近于燃料最优,且能够把队形控制在要求的精度范围内。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义1.1.1 课题的研究背景1.1.2 课题研究的目的和意义1.2 国内外在该方向的研究现状及分析1.3 本文的主要工作第2章 小卫星编队飞行的相对运动2.1 引言2.2 基本概念及坐标系定义2.2.1 基本概念2.2.2 坐标系定义2.3 相对运动的动力学模型2.3.1 精确的相对运动的动力学模型2.3.2 线性化的相对运动模型2.3.3 相对运动的希尔方程（CW 方程）2.3.4 线性化相对运动方程的误差2.4 相对运动的运动学模型2.4.1 精确的相对运动的运动学模型2.4.2 简化的相对运动模型2.4.3 简化模型的误差2.5 两类特殊的绕飞编队的轨道设计2.5.1 空间圆绕飞编队的轨道设计2.5.2 对地圆绕飞编队的轨道设计2.6 本章小结第3章 小卫星编队飞行的摄动分析3.1 引言2项摄动加速度'>3.2 J2项摄动加速度3.2.1 地球引力场的势函数3.2.2 J 2 项摄动加速度3.3 J 2 项摄动对卫星编队的整体摄动和相对摄动3.3.1 整体摄动3.3.2 相对摄动3.3.3 应用CW 方程研究卫星相对摄动的有效性3.4 卫星编队飞行的队形控制模型3.5 本章小结第4章 小卫星编队队形的线性二次型最优控制4.1 引言4.2 编队控制任务分类4.3 卫星编队的编队捕获的控制和仿真4.3.1 线性二次型最优控制的基本原理4.3.2 仿真参数设置4.3.3 仿真结果及分析4.4 卫星编队的编队保持的控制和仿真4.4.1 编队保持的控制方框图及参数设置4.4.2 仿真结果及分析4.5 本章小结第5章 小卫星编队队形的模型预测控制5.1 引言5.2 模型预测控制的基本原理5.2.1 预测模型5.2.2 滚动优化5.2.3 参数选取5.3 卫星编队的编队捕获的控制和仿真u= Hp= 2 时的仿真'>5.3.1 T= 1 s 、Hu= Hp= 2 时的仿真u= Hp= 3 时的仿真'>5.3.2 T= 1 s 、Hu= Hp= 3 时的仿真u= Hp= 2 时的仿真'>5.3.3 T=0. 5 s 、Hu= Hp= 2 时的仿真5.4 卫星编队的编队保持的控制和仿真u= Hp= 2 时的仿真'>5.4.1 T= 1 s ，Hu= Hp= 2 时的仿真u= Hp= 3 时的仿真'>5.4.2 Hu= Hp= 3 时的仿真u= Hp= 2 时的仿真'>5.4.3 Hu= Hp= 2 时的仿真5.5 本章小结结论参考文献致谢
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