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随着航天技术的迅猛发展,对卫星功能的要求越来越高,由多颗小卫星编队飞行共同实现一个空间任务的研究成为了空间技术发展的新方向。而编队卫星间的相对位置满足一定要求时,才能确保各项任务的顺利完成。因此卫星编队飞行队形控制是编队飞行中的一项关键技术。本文主要研究了编队卫星队形保持与队形重构控制的参数化方法,并进行了仿真验证。首先,在参考星轨道坐标系下,建立了卫星编队相对运动的非线性动力学方程,将非线性方程线性化得到适用于椭圆参考轨道的Lawden方程和适用于圆参考轨道的C-W方程。给出了基于小偏心率参考轨道设计的几种典型编队构型的运动学描述。然后对破坏编队构型的主要因素—2J项摄动进行分析,推导出编队卫星相对2J项摄动加速度的表达式。最后通过仿真分析2J项摄动对空间圆绕飞构型的影响。其次,给出了卫星编队队形保持控制问题的描述,将队形保持问题视为对期望相对位置的轨迹跟踪问题,将相对运动的动力学方程和化为误差方程,进而将编队卫星队形的轨迹跟踪控制问题转化为以误差为状态变量的系统的镇定问题。分别基于(1)非线性动力学方程和全驱的二阶系统特征结构配置的参数化方法和(2)Lawden方程和一阶系统特征结构配置的参数化方法,设计了系统的反馈镇定控制器。其中,采用第二种设计思路分别设计了系统的全向推力反馈镇定控制器和无x轴方向控制的反馈镇定控制器。给出了燃耗与状态误差综合的性能指标,用非线性规划方法对控制器中的参数进行优化,使闭环系统满足性能要求。对空间圆绕飞构型和悬停伴飞构型两种情形进行数值仿真,对基于两种思路设计的控制器进行比较分析,并且验证了在2J项摄动的影响下队形保持控制器的有效性。最后,采用一种分层控制结构,将队形重构控制分为轨迹规划和轨迹跟踪控制两部分,并给出了卫星编队队形重构控制问题的描述。利用Radau伪谱法将连续系统的最优控制问题转化为一个非线性规划问题,通过求解这一非线性规划问题得到最优控制与最优轨迹的数值解。然后基于模型参考输出跟踪理论,推导了线性时变系统轨迹跟踪前馈控制器的求解方法,该方法设计的前馈控制器只需利用期望的相对位置和相对速度信息,并通过数值仿真对轨迹规划和控制方法进行验证。