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小卫星编队的队形捕获和保持控制

作　者: 梁树甜
导　师: 张迎春
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 卫星编队相对运动摄动线性二次型最优控制预测控制
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着空间技术的发展,现代小卫星正在日益走向成熟,必将在现代社会中发挥出越来越大的作用。卫星编队飞行这一概念的提出,为小卫星开辟了新的应用方向和发展空间,受到国内外学者的普遍关注。本文从动力学和控制的角度出发,对卫星编队飞行进行了有益的探索和研究。首先基于二体假设,采用两种方法系统地研究了圆或近圆轨道上卫星编队飞行的相对运动。动力学方法从CW方程的解析解出发,证明了绕飞轨道是以参考卫星为中心的椭圆。运动学方法通过一阶近似,得到了运动学形式的绕飞条件和绕飞方程。然后,重点讨论了空间圆和当地水平面投影圆两种绕飞轨道。在绕飞方程的基础上,揭示了绕飞编队的构成机理,分别基于两种方法实现了绕飞编队的轨道设计,并结合数值算例进行了比较。摄动因素对卫星编队飞行的影响是应用中非常关心的问题,本文考虑地球扁率这种摄动因素,对此进行了研究。在CW方程的基础上,分别求解了地球扁率的整体摄动和相对摄动,分析了摄动规律。卫星编队的保持与控制是编队飞行的一项关键技术,本文对此进行了深入研究。本文主要研究两种典型的卫星编队控制任务:编队捕获和编队保持。以CW方程为相对动力学模型,分别采用两种方法研究了这两种典型的卫星编队控制任务:线性二次型最优控制方法和模型预测控制方法。模型预测控制是一种新型的控制方法,讨论了该控制算法在编队飞行队形控制中的一些应用问题。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法,与线性二次型最优控制相比,仿真结果表明,该控制算法接近于燃料最优,且能够把队形控制在要求的精度范围内。

小卫星编队的队形捕获和保持控制

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