脉冲式轨道维持策略的鲁棒性分析

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• 论文作者：杨科莹 ; 祁瑞 ; 陆思臻 ; 王家松 ; 张景瑞
• 年：2016
• 作者机构：北京理工大学分布式航天器系统技术研究所;四川大学计算机学院;宇航动力学国家重点实验室;
• 论文关键词：Gauss轨道要素摄动法 ; 轨道保持 ; 误差 ; 鲁棒性
• 会议召开时间：2016-05-06
• 会议录名称：第十届动力学与控制学术会议摘要集
• 语种：中文
• 分类号：V412.41;V43
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十届动力学与控制学术会议
• 会议地点：中国四川成都
• 主办单位：中国力学学会动力学与控制专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：1
• 文件大小：669k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

长期在轨的航天器在轨道保持控制中,由于轨道确定,发动机推力执行等不可避免地存在误差,影响了轨道控制的性能,甚至决定着任务的成败。因此对长期在轨的航天器进行高精度高鲁棒性的轨道保持控制研究是一项必要工作。在该研究方向上,李明涛等研究了基于标准脉冲的平动点轨道保持策略,给出了考虑各种偏差下的蒙特卡洛模拟统计性结果。常建松等提出了连续式等间隔脉冲推力东西位置保持策略。Mehrdad Ghorbani等研究了连续型和离散型的拉格朗日点控制问题。但在上述研究中缺乏对卫星真实情况中各种误差的控制策略的鲁棒性分析,并且未从系统的角度评估卫星轨道保持策略的稳定性和实用性。针对以上不足,本文研究了轨道保持策略对各类误差的鲁棒性分析,它确定在真实情况下轨道脉冲维持策略的可行性和适用边界,从而为长期在轨卫星的控制问题提供一定的理论与应用参考。本文以HY2卫星为研究背景,首先采用Gauss轨道要素摄动法建立了低轨航天器在摄动环境下的轨道动力学模型,并考虑了大气阻力摄动和地球扁率(J2,J3,J4)摄动的影响。本文将平均轨道要素作为轨道维持的输入,避免了短周期项振荡导致的推力器频繁开机和过多燃料消耗。在此基础上采用半长轴,偏心率和近地点角距同时改变的闭环控制策略,当检测到卫星位置的偏离超出容许范围后,首先在近地点施加脉冲实现对远地点高度和近地点幅角的修正,然后在远地点实现对近地点高度的修正,从而将轨道保持在给定的名义轨道附近。其次,通过加入微分修正算法,提高了航天器在单次轨道机动后到达目标位置的精度。最后建立了定轨误差,发动机推力误差的高斯正态分布型误差函数,通过蒙特卡洛仿真给出轨道保持策略的统计性结果,从而评估了控制方法的鲁棒性以及适用性。当误差增大时,轨道脉冲的施加频率会相应提高,轨道仍然能够保持在名义轨道附近,但当误差超出一定范围时,轨道保持策略会失效,从而失去对航天器轨道的有效控制。因此该误差分析对工程中航天器定轨和发动机设计有一定的借鉴意义。

引文