自旋目標(biāo)抓捕的軌跡規(guī)劃及捕獲后復(fù)合體的控制.pdf

1、近幾十年以來，越來越多的人造衛(wèi)星被送入太空。但是，在這些衛(wèi)星中也有許多故障衛(wèi)星，而且由于故障衛(wèi)星的增多，使太空環(huán)境日益的惡化。因此，對(duì)故障或者失效的衛(wèi)星進(jìn)行維修或清除，一直是各個(gè)國家的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)非合作自旋目標(biāo)衛(wèi)星的抓捕和在軌修理任務(wù)，開展了自旋目標(biāo)衛(wèi)星自主捕獲的軌跡規(guī)劃及捕獲后動(dòng)力學(xué)控制研究。
　　以GEO軌道衛(wèi)星為例，建立了失效后航天器的動(dòng)力學(xué)模型，從理論上分析了其自旋運(yùn)動(dòng)特性，并結(jié)合地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，得出了我國“鑫諾二號(hào)”

2、衛(wèi)星在軌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)值，作為后續(xù)算法研究的初始條件。根據(jù)拉格朗日方程并聯(lián)合系統(tǒng)角動(dòng)量和線動(dòng)量守恒定律，建立了基座自由漂浮下空間機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。
　　分析表明失效后“鑫諾二號(hào)”衛(wèi)星除了具有自旋角速度外，還具有較大章動(dòng)角和章動(dòng)角速度?；诖?，提出了以星箭對(duì)接環(huán)為抓捕對(duì)象的目標(biāo)捕獲算法。由于不同質(zhì)量特性分布下航天器的自旋軸不同，分別考慮了自旋軸與對(duì)接環(huán)面垂直（或接近垂直）、平行（或接近平行）兩種情況下的抓捕問題。對(duì)于前者，對(duì)接

3、環(huán)上給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)范圍小，采用分解運(yùn)動(dòng)速度控制與自旋運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的方法，較好地解決了自旋目標(biāo)捕獲的問題。而對(duì)于后者，對(duì)接環(huán)上給定點(diǎn)在空間的運(yùn)動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)速度都很大，故提出了針對(duì)對(duì)接環(huán)“動(dòng)態(tài)最近點(diǎn)”的目標(biāo)捕獲方法，即實(shí)時(shí)估計(jì)“動(dòng)態(tài)最近點(diǎn)”相對(duì)于機(jī)械臂末端的位置和速度，再采用分解運(yùn)動(dòng)速度控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效捕獲。
　　目標(biāo)捕獲后，系統(tǒng)的質(zhì)量特性發(fā)生了變化。為實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)定控制，提出了基于等效單體和等效雙體動(dòng)力學(xué)的質(zhì)量特

4、性辨識(shí)方法。通過鎖緊機(jī)械臂的所有關(guān)節(jié)在某一構(gòu)型（名義構(gòu)型），整個(gè)系統(tǒng)成了等效的單體系統(tǒng)，通過簡(jiǎn)單的姿態(tài)、軌道機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即辨識(shí)出系統(tǒng)的等效質(zhì)量、慣量和質(zhì)心位置。然后令其中一個(gè)關(guān)節(jié)打開而其他關(guān)節(jié)全部鎖緊，因而整個(gè)系統(tǒng)變成了等效的雙體系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定理并聯(lián)合已經(jīng)辨識(shí)出的系統(tǒng)質(zhì)量特性，可辨識(shí)出兩個(gè)等效剛體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，進(jìn)而得出目標(biāo)衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。利用辨識(shí)后的質(zhì)量特性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了復(fù)合體系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，克服了環(huán)境干擾力和干擾力矩的作用，實(shí)現(xiàn)