【摘 要】
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随着人类航天活动日益复杂和频繁,航天器组合体在航天任务中开始发挥重要作用。其中加注、维修、清理等在轨服务任务有着重大意义,而在轨服务之前是必需的逼近、捕获、控制等多个阶段。在主星捕获到目标星之后形成组合体,控制系统模型发生改变,有理由对其进行重新建模和设计控制算法。本文针对捕获之后组合体的单星控制问题,验证了常见的无模型和基于模型的控制方法在模型参数不确定、输入受限和慢采样情况下仿真效果和实验效果
【基金项目】
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国家自然科学基金重大项目:“空间翻滚目标捕获过程中的航天器控制理论与方法”
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随着人类航天活动日益复杂和频繁,航天器组合体在航天任务中开始发挥重要作用。其中加注、维修、清理等在轨服务任务有着重大意义,而在轨服务之前是必需的逼近、捕获、控制等多个阶段。在主星捕获到目标星之后形成组合体,控制系统模型发生改变,有理由对其进行重新建模和设计控制算法。本文针对捕获之后组合体的单星控制问题,验证了常见的无模型和基于模型的控制方法在模型参数不确定、输入受限和慢采样情况下仿真效果和实验效果,主要内容包括:首先,针对地面气浮式模拟星体,探讨了组合体的连接方式,并在连接距离固定的情况下,给出了不同输入场景下的理想模型,该模型可工作在欠驱、全驱、过驱三种情况下。考虑到质量参数不确定的情况分析了模型特点。其次,介绍了无模型控制方法中的PID方法。基于模型的控制方法中,介绍了基于遗传算法的LQR控制和参数化控制方法,结合LQR和参数化方法,提出了基于LQR优化的参数化方法。在上述固定反馈前馈增益阵的启发下,以线性二次型跟踪器（LQT）为例,介绍了变增益反馈前馈控制。然后,基于气浮式模拟星体组合体控制系统,建立了仿真框架,在理想模型下对于上述控制方法,分别在定点运动、直线运动、正弦运动、圆运动下进行仿真,在输入受限的情况下,验证了控制算法的有效性。最后,在实际的模拟星体组合体控制系统中,验证了算法的有效性。同时分析了仿真效果与实验效果,总结了两者之间产生差距的原因。
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