基于sdre方法衛(wèi)星編隊(duì)隊(duì)形保持及重構(gòu)

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1、國內(nèi)圖書分類號：TP273國際圖書分類號：681.52學(xué)校代碼：10213密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文基于SDRE方法的衛(wèi)星編隊(duì)隊(duì)形保持與重構(gòu)碩士研究生：解同鵬導(dǎo)師：張卯瑞教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：控制科學(xué)與工程所在單位：控制理論與制導(dǎo)技術(shù)研究中心答辯日期：2012年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TP273U.D.C.:681.52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSATELLITEFORMATIONSTATION-KEEPINGANDRE

2、CONFIGURATIONVIASDREAPPROACHCandidate:Supervisor:AcademicDegreeAppliedfor:Speciality:Affiliation:DateofDefence:Degree-Conferring-Institution:XieTongpengProf.ZhangMaoruiMasterofEngineeringControlScienceandEngineeringCenterforControlTheoryandGuidanceTechnologyJuly,2012

3、HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要衛(wèi)星編隊(duì)飛行技術(shù)是空間技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，編隊(duì)保持就是在軌道攝動(dòng)下精確保持編隊(duì)幾何形狀，編隊(duì)重構(gòu)就是把一顆衛(wèi)星從目前的編隊(duì)轉(zhuǎn)移到一個(gè)新的期望的編隊(duì)中。快速、節(jié)省燃料的高性能控制在衛(wèi)星編隊(duì)飛行中是關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。本文以主從模式編隊(duì)飛行衛(wèi)星為研究對象，提出將狀態(tài)相關(guān)黎卡提方程(StateDependentRiccatiEquation,SDRE)方法應(yīng)用在衛(wèi)星編隊(duì)的隊(duì)形保持和重構(gòu)控制器設(shè)計(jì)中。首先，建立衛(wèi)星編隊(duì)飛行相對運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型?；诙w假

4、設(shè)，建立星間相對運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，為了實(shí)現(xiàn)SDRE控制器設(shè)計(jì)，利用負(fù)二項(xiàng)級數(shù)把該非線性模型轉(zhuǎn)換為特定的狀態(tài)相關(guān)系數(shù)(State-dependentcoefficients,SDC)的偽線性模型。其次，在SDC偽線性模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了SDRE隊(duì)形保持控制器。SDRE方法是基于非線性模型，模型更準(zhǔn)確，而且權(quán)值矩陣Q(x)和R(x)是狀態(tài)x的函數(shù)，選取更為靈活。本文將其與基于線性模型設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的LQR隊(duì)形保持控制器進(jìn)行對比，將兩種控制器分別代入非線性動(dòng)力學(xué)模型中。仿真表明SDRE控制在過渡過程時(shí)間和燃料消耗方面較傳統(tǒng)LQR控制有所提高。最后

5、，把編隊(duì)重構(gòu)看作大距離的隊(duì)形保持，研究設(shè)計(jì)SDRE編隊(duì)重構(gòu)控制器。與傳統(tǒng)LQR編隊(duì)重構(gòu)控制器比較，仿真結(jié)果表明SDRE方法同樣優(yōu)于LQR方法，而且與隊(duì)形保持時(shí)相比，優(yōu)勢更明顯。另外，還把編隊(duì)重構(gòu)問題看作跟蹤問題，在LQR控制器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了模型參考輸出跟蹤控制器，雖然控制效果與SDRE控制器相當(dāng)，但SDRE控制器基于非線性模型，更有實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：狀態(tài)相關(guān)黎卡提方程；隊(duì)形保持控制；編隊(duì)重構(gòu)；線性二次調(diào)節(jié)器-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractSatelliteformationflying(SFF)isanimpor

6、tanttechnologyforfuturespacemission.Formation-keepingisthetechniquethataccuratelymaintainstheformationgeometryaccuratelyunderorbitalperturbations.Formationreconfigurationisperformedtocontrolasatellitefromacurrentformationtoanewlydesiredformation.Theexcellentcontrolper

7、formanceoftimeandfuelsavingisthekeytechnicalindexinsatelliteformation.Inthisthesis,regardingthemaster-slavemodeofformationflyingsatellitesastheresearchobject,theStateDependentRiccatiEquationapproachisappliedinthecontrolsystemdesignofsatelliteformation-keepingandformat

8、ionreconfiguration.Firstly,arelativemotiondynamicmodelofSFFisproposed.Basedontheassumptionoftwo-bodymotion,thedynamicmodelof