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航天器位置及姿态的自适应终端滑模控制

岳宝增  许艳丽  吴文军  
【摘要】:近年来,许多学者针对现代航天器在空间的交会对接、目标捕捉、大型空间结构组装和编队飞行等任务开展了大量的研究工作,而这类空间飞行任务要求航天器应能够执行大角度的机动以及复杂的位置变换。实际上,航天器位置及姿态的控制与稳定(六自由度运动)是一类具有强耦合、强非线性的动力学问题。对于位置及姿态的动力学方程,两种不确定性引起了人们的广泛关注,分别是航天器内部参数的不确定性与外部环境的干扰。针对存在内部参数不确定性和外部干扰的航天器,本文提出了一种自适应终端滑模有限时间控制方法。该方法用于控制航天器的轨道及姿态,确保航天器的位置与大角度机动,以完成在空间飞行的任务。基于姿态四元数,本文建立了航天器相对轨道动力学方程和相对姿态动力学方程,设计了航天器姿、轨终端滑模有限时间控制器。利用Lyapunov方法,对文中的航天器系统在所设计的终端滑模面及控制器下的稳定性进行了严格的证明,同时引入饱和函数代替符号函数,克服了滑模控制中存在的抖振问题。最后,对航天器位置及姿态机动控制进行了仿真研究。结果表明,文中所采用的控制系统能良好地实现考虑了内部参数的不确定性与外部干扰的航天器姿、轨坐标参数的控制。数值仿真验证了方案的有效性与可行性。

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