离散小推力自主交会次优控制技术研究
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摘要
电推进技术是近年来发展极为迅猛的一种新型推进技术。相较传统化学推进,电推进具有高比冲、高可靠性、推力连续等显著优点,在各种空间任务中得到了日益广泛的应用。本文便是在分析航天器近距离相对运动特点的基础上,针对GEO轨道,研究使用电推力器执行轨道交会接近段任务的相关控制问题。文中首先使用代数法建立了航天器近距离相对运动模型,并针对交会过程中十分重要的悬停操作,在CW方程的模型框架下进行了一定的V-bar悬停漂移分析,得出一个目标航天器轨道周期内漂移量不超过3%的结论。在此基础上,以相对悬停作为初始状态,充分考虑电推特点,设计了一种直线交会接近制导律和受迫绕飞制导律,接着对相对运动模型进行离散化处理,并采用脉冲调宽的方法,将电推力器引入控制闭环,设计了LQR最优控制器。另外又针对相对导航设备的测量误差,在系统的反馈回路设计加入了Kalman滤波器。最后进行了GEO轨道交会仿真,结果显示Kalman滤波器有着较高的估计精度,控制也取得了良好的效果。同时也对不同控制周期下的仿真结果进行了对比,考察了控制器有效控制能力和电推力器控制周期的理想取值。
引文