集群航天器構(gòu)形設計及一體化動力學與控制.pdf

1、集群航天器是通過無線連接方式構(gòu)成的虛擬航天器系統(tǒng)，具有在軌靈活性、可擴展性、可維護性和快速響應能力，研究集群航天器對于加快快速響應空間系統(tǒng)的建設速度，增強空間技術(shù)創(chuàng)新能力和提高新型航天器研制水平具有重要意義。為滿足集群航天器模塊間能量傳輸、數(shù)據(jù)交互的需要和應用需求，本文研究了集群航天器空間圓形編隊問題，進而引出集群航天器編隊構(gòu)形保持問題，為避免采用姿態(tài)和軌道分別描述和設計控制器造成顧此失彼的被動局面，研究了集群航天器姿軌一體化動力學建模

2、問題和姿軌一體化控制問題。論文的主要內(nèi)容如下:
　　針對集群航天器空間圓形編隊問題，基于平均軌道要素差建立了無攝相對運動模型，給出了空間圓形編隊構(gòu)形設計流程。當零J2攝動條件不再適用時，通過分析J2攝動對編隊構(gòu)形的影響，進而提出修正公式，仿真結(jié)果表明，該修正公式能有效抑制編隊構(gòu)形的跡向漂移。由于修正公式只是抑制而非消除主、從航天器相對位置誤差的發(fā)散趨勢，因此還需對航天器加以控制。
　　針對集群航天器姿軌一體化動力學建模問題，

3、采用對偶四元數(shù)框架體系，給出了傳統(tǒng)參數(shù)的對偶四元數(shù)描述，建立了單航天器姿軌一體化動力學模型，進而拓展到可同時描述航天器間相對姿態(tài)和相對軌道運動的兩航天器相對姿軌一體化動力學模型。該相對動力學模型形式簡潔，避免了傳統(tǒng)姿態(tài)描述方法存在的奇異性和繁瑣的運算，可用于集群航天器姿軌一體化控制器設計。
　　針對集群航天器姿軌一體化控制問題，將控制問題即編隊構(gòu)形保持問題分為兩類跟蹤問題并分別設計姿軌一體化控制器。一是主航天器按預定軌道運行，同時