摘要：随着卫星发射数量的逐年增加,轨道资源日渐枯竭,因此对失效卫星开展在轨维修势在必行,其中消旋是至关重要的第一步.传统接触式消旋方法存在接触易碰撞的安全隐患,而现有非接触式方法也有能耗代价大、操控距离短等弊端,为此本文提出了一种利用霍尔推力器产生的高速等离子羽流对翻滚目标开展非接触式柔顺消旋操控的新方法.首先,建立了等离子羽流对目标帆板冲击力的解析化模型,实现了操控力的快速解算;而后提出了基于章动动能抑制的羽流瞄准点最优制导律,使得翻滚目标的章动与自旋得到了协同抑制;在此基础上设计了服务航天器非奇异快速终端滑模控制方法,实现了对期望轨迹的精准跟踪,保证了消旋操控的精度.数值仿真结果验证了等离子羽流操控的可行性,并在气浮卫星实验平台上验证了控制方法的有效性.

摘要：针对惯性参数不确定的航天器姿态跟踪控制问题,基于浸入与不变(I&I)方法设计出了一种新的姿态跟踪控制器。研究结果表明,传统的浸入与不变方法运用到姿态跟踪模型,存在参数回归矩阵不可积进而导致偏微分方程无解析解的问题。针对该问题,提出了一种对回归矩阵改造使其满足可积条件的方法,通过动态放缩技术消除了回归矩阵改造前后的差异对闭环系统稳定性的影响,设计出了一种新的航天器姿态跟踪自适应控制器。通过李雅普诺夫稳定性分析方法证明了所设计的控制器能够保证闭环系统的全局渐近稳定性。相对于已有的基于动态放缩法的浸入与不变控制器,设计了一种全新的缩放因子,使得控制器的执行不需要缩放因子的信息,并且也不需要惯量矩阵的先验信息。最后,仿真对比实验进一步验证了所设计控制器的有效性和优越性。

摘要：考虑先验地图缺失、障碍物分布未知的工作环境,提出一种融合运动基元、启发式和终端打靶的月球飞行探测器(LFV)最优动力学运动规划方法。首先对比分析了基于常量推力和常量加速度的基元生成模式。为降低约束核查耗时,提出应在加速度控制空间中设计基元。随后针对由时变非凸加速度控制空间导致的基元族难以快速生成的问题,设计了基于离散度的确定性均匀采样策略和有效采样点的筛选方法。其中采样策略可在提高基元对可达域覆盖率的同时最小化采样点数量;筛选方法通过建立基元的位置和速度极值表达式,将处理对象由整个基元转换为单个状态,从而减少约束核查数量。最后设计适用于LFV的启发式算法以降低算法的运行时间,设计层次化终端打靶策略以增加目标状态被连接到轨迹树的成功率。仿真结果表明,所提方法有效平衡了最优性和快速性之间的矛盾,保证了LFV的飞行安全。

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：空间机动技术是实现空间操作任务的基础,具有重要的研究价值.研究了连续推力作用下航天器转移轨道设计问题,提出了一种基于虚拟中心引力场的轨道设计方法.该方法有两大特点:(1)能够将机动轨道设计问题转化为虚拟中心引力场参数的优化问题,简化了设计过程;(2)对轨道形状或推力方向、大小不做任何假定,能够应用于一般情况下的机动轨道设计.将该方法应用于航天器二维和三维的转移轨道设计,并和形状方法进行了对比分析.仿真结果分析表明,采用该方法简化了轨道设计过程,为航天器快速轨道设计提供了新思路.

摘要：针对空间绳系机器人超近距视觉伺服中相对位姿无法测量的问题,在建立机器人视觉系统非线性量测模型的基础上,提出一种基于直线跟踪的混合视觉伺服控制方法,利用帆板支架边缘线图像特征跟踪相对位姿,利用基座具有较大误差的量测信息保证控制系统的稳定性。仿真试验结果表明:在仅能获得帆板支架边缘线图像信息的情况下,设计的超近距逼近控制方法能够保证空间绳系机器人稳定到达目标卫星的帆板支架处,并满足捕获条件。

摘要：航天器轨道计算是航天动力学与控制领域的基础问题,未来空间任务对轨道计算的精度和实时性要求更高,研究新型高性能空间轨道计算方法对于中国未来航天工程具有重大应用价值。概述了空间轨道计算的研究背景,系统梳理了求解轨道递推问题和Lambert问题的各类方法,介绍了各类方法的求解思想和优缺点,对轨道计算方法的发展趋势进行展望,为具体任务中轨道计算方法的选取提供参考,也为新型高性能空间轨道计算方法的设计提供启发。

摘要：面向基于柔性毛刷的空间翻滚目标接触式消旋任务,研究了未知快时变、强耦合扰动下的服务航天器鲁棒控制问题。首先,建立了服务航天器、消旋刷和目标卫星组成的消旋系统动力学模型,并提出了一种基于最小距离准则的接触检测算法,实现了毛刷和目标帆板接触点的精确检测。在此基础上,采用有限时间扩张状态观测器实时估计耦合扰动和航天器状态,并将其与终端滑模控制技术结合,设计了一种无速度信息的鲁棒输出反馈控制策略,保证服务航天器姿态稳定和位置追踪的有限时间稳定。将其应用至航天器消旋系统中,仿真结果验证了所提策略的有效性和鲁棒性。

摘要：为优化得到考虑地球扁率J2项摄动影响的小推力燃料最优转移轨道,提出了一种3次同伦方法.构造较简单的采用"线性引力",且不考虑J2项摄动的大推力能量最优转移轨道作为同伦初始问题.引入3个同伦参数,分别对动力学模型、推力大小和性能指标进行同伦,根据极小值原理推导得到同伦过程中的最优控制律,并通过跟踪同伦参数的连续变化求解一系列的同伦迭代子问题,分别得到J2摄动模型下的大推力能量最优转移轨道和小推力能量最优转移轨道,并最终优化得到小推力燃料最优转移轨道.以航天器与位于太阳同步轨道的碎片的交会任务为算例进行数值仿真,验证所提出的3次同伦方法在求解J2项摄动影响下的小推力燃料最优转移轨道优化问题中的有效性.结果表明,利用打靶法容易对同伦初始问题进行求解,在同伦过程中能连续稳定地跟踪同伦参数,进而得到所需的燃料最优小推力转移轨道,利用该方法能有效地解决J2项摄动导致的非线性强、推力小、转移圈数多等原因所导致的一般数值优化算法不易收敛的难题.

摘要：轨道动力学快速计算是航天工程中的基础问题,广泛存在于轨道设计、空间抓捕以及深空探测等任务中.基于有限差分原理的经典数值积分算法,由于精度严重依赖小积分步长,难以满足航天器在轨快速计算需求.针对该问题,提出一种局部配点反馈迭代算法,该算法能高效解算受到初值约束和两点边值约束的轨道动力学方程.基于Picard迭代公式建立数值算法以避免计算雅可比矩阵,引入误差反馈以加快迭代收敛速度.通过时域配点法消除迭代公式推导中的复杂符号运算,使迭代公式更为简洁.结合拟线性化法及叠加法,算法能对两点边值约束下的Lambert问题实现高效解算.基于ph网格细化法建立计算参数自适应调节算法,能进一步增强局部配点反馈迭代法的大步长计算优势.通过求解二体动力学模型下的递推轨道,摄动Lambert问题以及限制性三体动力学模型下的转移轨道验证了算法有效性.仿真结果表明,在相同计算精度下,局部配点反馈迭代算法计算速度比拟线性化-局部变分迭代法提高1.5倍以上,引入变参数方案能够进一步将算法计算速度提高6倍以上.