【摘 要】
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定点悬停是小天体探测的重要方式,探测器轨道和姿态精确控制是实现小天体悬停的关键技术之一。本学位论文考虑小天体附近动力学环境的特点,开展了不规则小天体定点悬停鲁棒控
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定点悬停是小天体探测的重要方式,探测器轨道和姿态精确控制是实现小天体悬停的关键技术之一。本学位论文考虑小天体附近动力学环境的特点,开展了不规则小天体定点悬停鲁棒控制方法研究,设计了轨道常推力控制方法和姿态精确定向控制方法。论文主要内容如下:首先,进行了小天体悬停动力学建模和分析。针对不规则小天体引力场特点,介绍了球谐函数、多面体和质点群三种引力场建模方法,建立了小天体悬停探测器轨道动力学和姿态动力学模型,通过引力作用半径对太阳引力和太阳光辐射压力等轨道摄动进行了分析,并对小天体附近环境摄动力矩进行建模。其次,研究了不确定引力场中悬停轨道常推力控制方法。为解决不规则引力场导致的常推力控制发动机开关频繁问题,提出了基于拟周期动态切换的悬停轨道常推力控制方法,针对引力场参数不确知带来的控制稳定性差和精度下降问题,给出了改进的拟周期动态切换律。然后,研究了多扰动力矩下的悬停姿态定向控制方法。基于质点群引力场模型对小天体附近重力梯度力矩进行建模,采用二阶反演结构设计了级联逆推的姿态定向控制方法,在此基础上,考虑环境扰动力矩的影响,通过扩张状态观测器对干扰进行补偿,给出了自抗扰姿态精确定向控制方法。最后,进行了基于GUI的小天体悬停控制仿真分析。基于MATLAB/GUI搭建了小天体悬停控制仿真软件系统,对小天体附近动力学、悬停轨道控制和姿态定向控制进行了仿真,并分析了不同参数对悬停姿轨控制的影响。
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