集群航天器構(gòu)形設(shè)計(jì)及一體化動(dòng)力學(xué)與控制.pdf

1、集群航天器是通過(guò)無(wú)線連接方式構(gòu)成的虛擬航天器系統(tǒng)，具有在軌靈活性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性和快速響應(yīng)能力，研究集群航天器對(duì)于加快快速響應(yīng)空間系統(tǒng)的建設(shè)速度，增強(qiáng)空間技術(shù)創(chuàng)新能力和提高新型航天器研制水平具有重要意義。為滿足集群航天器模塊間能量傳輸、數(shù)據(jù)交互的需要和應(yīng)用需求，本文研究了集群航天器空間圓形編隊(duì)問(wèn)題，進(jìn)而引出集群航天器編隊(duì)構(gòu)形保持問(wèn)題，為避免采用姿態(tài)和軌道分別描述和設(shè)計(jì)控制器造成顧此失彼的被動(dòng)局面，研究了集群航天器姿軌一體化動(dòng)力學(xué)建模

2、問(wèn)題和姿軌一體化控制問(wèn)題。論文的主要內(nèi)容如下:
　　針對(duì)集群航天器空間圓形編隊(duì)問(wèn)題，基于平均軌道要素差建立了無(wú)攝相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型，給出了空間圓形編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)流程。當(dāng)零J2攝動(dòng)條件不再適用時(shí)，通過(guò)分析J2攝動(dòng)對(duì)編隊(duì)構(gòu)形的影響，進(jìn)而提出修正公式，仿真結(jié)果表明，該修正公式能有效抑制編隊(duì)構(gòu)形的跡向漂移。由于修正公式只是抑制而非消除主、從航天器相對(duì)位置誤差的發(fā)散趨勢(shì)，因此還需對(duì)航天器加以控制。
　　針對(duì)集群航天器姿軌一體化動(dòng)力學(xué)建模問(wèn)題，

3、采用對(duì)偶四元數(shù)框架體系，給出了傳統(tǒng)參數(shù)的對(duì)偶四元數(shù)描述，建立了單航天器姿軌一體化動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而拓展到可同時(shí)描述航天器間相對(duì)姿態(tài)和相對(duì)軌道運(yùn)動(dòng)的兩航天器相對(duì)姿軌一體化動(dòng)力學(xué)模型。該相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型形式簡(jiǎn)潔，避免了傳統(tǒng)姿態(tài)描述方法存在的奇異性和繁瑣的運(yùn)算，可用于集群航天器姿軌一體化控制器設(shè)計(jì)。
　　針對(duì)集群航天器姿軌一體化控制問(wèn)題，將控制問(wèn)題即編隊(duì)構(gòu)形保持問(wèn)題分為兩類跟蹤問(wèn)題并分別設(shè)計(jì)姿軌一體化控制器。一是主航天器按預(yù)定軌道運(yùn)行，同時(shí)