空間機器人在軌接近運動規(guī)劃與制導(dǎo)控制研究.pdf

1、空間機器人在軌接近是實現(xiàn)復(fù)雜在軌服務(wù)任務(wù)的基礎(chǔ)，涉及多項關(guān)鍵技術(shù)。特別是在復(fù)雜結(jié)構(gòu)航天器附近操作，或者服務(wù)對象為失效衛(wèi)星等非合作目標時，空間機器人近距離接近過程面臨運動規(guī)劃、制導(dǎo)與控制等方面的技術(shù)難題。論文以執(zhí)行在軌服務(wù)任務(wù)中近距離接近段的空間機器人為研究對象，重點分析了動力學(xué)建模、運動規(guī)劃、安全接近制導(dǎo)與耦合動力學(xué)控制等問題。
　　1.建立了空間機器人近距離接近過程的動力學(xué)模型。
　　在完整形式相對軌道動力學(xué)建模的基礎(chǔ)上，

2、根據(jù)規(guī)劃與制導(dǎo)問題的需要得到了線性化的模型，即C-W方程；基于四元數(shù)建立了考慮目標旋轉(zhuǎn)的相對姿態(tài)動力學(xué)模型；考慮空間機器人推力器同時提供控制力與控制力矩，且推力方向受姿態(tài)的影響，建立了相對軌道與姿態(tài)的耦合動力學(xué)模型。
　　2.研究了復(fù)雜約束條件近距離接近運動規(guī)劃方法。
　　針對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)航天器附近存在障礙，并考慮空間機器人機動性能約束的接近規(guī)劃問題，提出了一種基于改進雙向平衡快速搜索隨機樹規(guī)劃算法與進化算法結(jié)合相結(jié)合的兩級

3、路徑規(guī)劃方法。通過仿真算例驗證了該方法的有效性。
　　3.研究了基于飛越式接近的安全接近制導(dǎo)方法。
　　針對一類自由旋轉(zhuǎn)的非合作在軌衛(wèi)星，引入了飛越式接近方法并進行了安全接近約束條件分析；推導(dǎo)了基于C-W方程的制導(dǎo)方法，研究了燃耗與接近時間的關(guān)系；基于靶點控制方法進行了考慮執(zhí)行機構(gòu)能力限制與初始狀態(tài)誤差的飛越式接近制導(dǎo)，仿真結(jié)果說明該方法具有一定的適應(yīng)性。
　　4.進行了近距離接近段的相對軌道和相對姿態(tài)耦合控制方法研究