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《第二届中国空天安全会议论文集》2017年
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基于模糊滑模的空间飞网机器人网型保持控制研究

刘亚  黄攀峰  张帆  赵亚坤  
【摘要】:空间飞网机器人是一种由"平台卫星+主系绳+自主机动单元+柔性网"组成的新型结构的空间机器人系统,其在失效卫星捕获、空间垃圾清理等在轨航天任务中具有显著的优势。空间飞网机器人从平台卫星弹射释放后即进入自由飞行阶段,可机动单元牵引整个飞网展开;当任意一个可机动单元飞行速度降为零时,飞网的自由飞行段结束,启动可机动单元的控制器,控制飞网机器人以期望轨迹逼近目标并完成抓捕工作。空间飞网机器人系统是一个典型的高自由度、柔性、欠驱动的复杂系统,由于平台卫星的弹射误差、飞行过程中的未知轨道摄动等干扰,自由飞行中的空间飞网机器人无法保持稳定的对称构型,这将会导致自主机动单元在无控状态下偏离期望轨迹。针对这种不可避免的现象,本文设计了一种模糊滑模变结构控制器,实现对自主机动单元逼近目标过程中的位置和速度的控制。首先采用经典的"质点-弹性杆"模型建立了空间飞网机器人在参考轨道坐标系下的动力学模型,仿真分析了自主机动单元在初始运动状态不对称条件下飞网逼近段的自由飞行过程,仿真结果表明:在无控状态下,空间飞网机器人的自主机动单元偏离了期望轨迹,从而导致系统陷入混乱;然后设计了一种模糊滑模控制器,在传统滑模算法的基础上引入模糊理论逼近柔性网对可机动单元的弹性力,通过Lyapunov方程证明了系统闭环全局渐进稳定性;最后通过仿真对设计的控制律进行了验证。仿真结果进一步表明:各自主机动单元能精确跟踪期望轨迹,实现网型保持的目的。

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