摘要：对于姿轨运动存在严重耦合的空间相对接近操作,必须解决相对运动的姿轨同步控制问题。传统的相对姿轨分开建模串行控制方法,忽略了姿轨耦合,控制周期长且姿轨同步性差,显然不能满足要求。基于螺旋理论中的对偶数描述,建立了航天器六自由度相对运动模型,不仅包含了姿轨耦合项,而且形式统一有利于同步控制律的设计。针对模型中的耦合项进行分析,给出了相对姿轨耦合产生的成因。建立了相对姿轨同步误差,考虑模型的非线性,基于非线性反馈设计了一种同步控制律以消除该误差,并利用Lyapunov理论证明了控制律的稳定性。以两航天器交会接近的最后逼近段进行数字仿真,并与PD控制相对比,验证了所提方法的有效性,同时验证了所提方法可以实现姿轨控制的同步收敛,对于空间相对运动的姿轨同步操作具有重要意义。

摘要：空间交会对接航天器的对接端口一般位于航天器表面,并非位于质心,但传统的相对运动建模往往采用航天器质心作为参考点,致使在实际操作中需要额外的针对对接端口相对位姿进行规划,无疑会降低操作任务完成效率。为此,基于旋量描述,研究了航天器非质心点间的相对运动建模方法,首先通过引入恰当的转换算子,建立了非质心对接点之间的相对速度旋量,然后利用基本力学原理和旋量理论,详细推导并得到了非质心点相栐运动姿轨耦合模型,该模型不仅避免了姿态解算的奇异,而且姿轨描述形式统一,对航天器控制系统并无额外要求,有利于协同控制器设计。利用此模型,考虑空间摄动及未知干扰影响,文中设计了一种将非线性反馈控制和基于状态偏差对数的PD控制相结合的控制律,并证明了稳定性,完成了仿真验证。结果表明该方法可行、姿轨协调控制效果良好、可精确实现对接端口的对接状态,为空间相对运动姿轨耦合建模与协同控制系统设计提供了理论参考。

摘要：近距离复杂操作过程中航天器相对运动姿轨之间存在耦合,准确分析耦合特性是精准控制系统设计的前提。利用基于对偶四元数得到的航天器相对运动一体化模型,采用参数分析法研究了姿轨耦合特性。首先分析了模型中的耦合项,明确了耦合产生的物理成因,确定了关键耦合参数;之后逐次改变各个参数,联合一体化动力学模型进行求解,获得耦合对航天器相对运动的定量影响。结果表明,推力偏心所产生的附加力矩和重力梯度力矩是产生相对姿轨耦合的主要成因,绝对姿态运动比相对姿态运动对相对轨道的影响更加明显,形成的姿轨耦合特性更为复杂。研究结果可为相对姿轨协同控制系统设计提供参考。

摘要：为提升导弹的制导性能,在比例导引的基础上,分别利用蒙特卡洛强化学习和Q-learning强化学习开展导航比的设计。采用蒙特卡洛强化学习的导航比设计方法,对导弹飞行过程进行粗略分段;利用Q-learning强化学习的导航比设计方法,用飞行时间、视线角速度、预计遭遇时间及目标特性等对制导环境进一步细分,根据环境和状态的变化,自适应地调整比例导引的导航比,以获得最佳的飞行制导策略。基于某型防空导弹,利用上述方法分别开展导航比设计,从全空域弹道库中随机抽取批量弹道进行仿真计算,并与传统经验设计进行对比分析。仿真结果表明,采用强化学习方法设计的导航比能够显著降低边界弹道的脱靶量,说明该设计方法能够切实提升导弹的制导拦截能力。

摘要：以空间近距离操作为背景,着重介绍了近年来相对运动姿轨耦合动力学建模方法的研究现状与成果。分别从相对运动动力学的传统建模方法、基于向量代数的姿轨耦合建模方法和基于螺旋理论的姿轨耦合建模方法进行阐述,讨论了各种方法的特点与适用性。研究显示:传统方法将轨道和姿态分开处理,简化了建模过程,但不利于姿轨耦合分析和协同控制设计,应用存在很大的限制性;基于向量代数的建模方法可以得到姿轨耦合模型,但姿轨模型形式不同,增加了协同控制设计的难度,且多种代数系统的使用也增加了问题处理的复杂性;基于螺旋理论的建模方法得到的姿轨动力学模型具有统一形式,耦合项表达式明确,模型参数具有非奇异性,有利于耦合机理分析,便于姿轨协同控制设计,在需要姿轨协同精确控制的近距离复杂操作中具有良好的应用潜力。