基于螺旋理论描述的空间相对运动姿轨同步控制

对于姿轨运动存在严重耦合的空间相对接近操作,必须解决相对运动的姿轨同步控制问题。传统的相对姿轨分开建模串行控制方法,忽略了姿轨耦合,控制周期长且姿轨同步性差,显然不能满足要求。基于螺旋理论中的对偶数描述,建立了航天器六自由度相对运动模型,不仅包含了姿轨耦合项,而且形式统一有利于同步控制律的设计。针对模型中的耦合项进行分析,给出了相对姿轨耦合产生的成因。建立了相对姿轨同步误差,考虑模型的非线性,基于非线性反馈设计了一种同步控制律以消除该误差,并利用Lyapunov理论证明了控制律的稳定性。以两航天器交会接近的最后逼近段进行数字仿真,并与PD控制相对比,验证了所提方法的有效性,同时验证了所提方法可以实现姿轨控制的同步收敛,对于空间相对运动的姿轨同步操作具有重要意义。     

航天器相对运动姿轨耦合动力学建模方法

以空间近距离操作为背景,着重介绍了近年来相对运动姿轨耦合动力学建模方法的研究现状与成果。分别从相对运动动力学的传统建模方法、基于向量代数的姿轨耦合建模方法和基于螺旋理论的姿轨耦合建模方法进行阐述,讨论了各种方法的特点与适用性。研究显示:传统方法将轨道和姿态分开处理,简化了建模过程,但不利于姿轨耦合分析和协同控制设计,应用存在很大的限制性;基于向量代数的建模方法可以得到姿轨耦合模型,但姿轨模型形式不同,增加了协同控制设计的难度,且多种代数系统的使用也增加了问题处理的复杂性;基于螺旋理论的建模方法得到的姿轨动力学模型具有统一形式,耦合项表达式明确,模型参数具有非奇异性,有利于耦合机理分析,便于姿轨协同控制设计,在需要姿轨协同精确控制的近距离复杂操作中具有良好的应用潜力。