对抗性非合作目标航天器姿态接管控制方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:menghong1882
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目前姿轨控相关系统故障是发生在在轨失效航天器上最常见的故障情形,通常这类失效航天器的有效载荷完好并能继续工作,采用接管控制技术恢复其姿轨控能力是一种可行的解决思路。考虑到多数在轨运行的航天器未预先经过可维修性设计,属于空间非合作目标,因此针对非合作目标开展姿态接管控制技术研究更具有实际意义。然而非合作目标通常存在模型信息未知、机动能力不明等问题,特别是具有对抗性机动能力的目标可能与服务航天器发生有意识对抗或无意识对抗等复杂情况,这为组合体姿态建模方法的研究和接管控制技术的实现带来了巨大挑战。因此,本文面向对抗性非合作目标开展姿态接管控制技术的研究工作,主要研究内容和研究成果如下:首先研究了对抗性非合作目标捕获后的组合体航天器姿态运动学和动力学建模问题。考虑完全约束组合体航天器模型参数未知、非合作目标机动能力不明的特点,提出了基于“服务航天器输入激励-系统状态响应”映射关系的组合体姿态动力学建模方法。该方法仅描述组合体系统的激励-响应映射关系,有效避免了基于结构机理的精确建模方法的复杂性问题。然后针对非合作目标产生的无意识对抗性扰动,基于输入-状态稳定性理论设计了干扰抑制控制器。通过李雅普诺夫稳定性分析,推导得出了控制器参数设计的充分条件,证明了当所设计的控制器满足参数设计条件时,系统相对于目标产生的有界扰动力矩是输入-状态稳定的。通过与线性PD控制器的对比仿真,说明了本文设计的控制器在抑制目标的对抗性扰动方面更具优越性。最后考虑非合作目标可能进行有意识对抗性机动,研究了服务航天器与非合作目标的零和博弈问题。考虑将服务航天器与目标视为博弈问题的两个参与者,针对二者的非合作关系设计了与状态和能耗相关的目标函数,建立了零和博弈模型,并给出了纳什均衡控制策略的状态反馈形式。针对系统模型参数未知的问题,基于近似动态规划算法提出了一种无模型策略迭代算法。通过数值仿真,验证了本文提出的博弈控制器在面对具有不同对抗特性的目标时的有效性。
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