資源描述：
《應(yīng)用非線性模型預(yù)測控制的繩系衛(wèi)星Halo軌道保持控制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252014V01．35No．92605-2614ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．eduCRhkxb@buaa．edu．CR應(yīng)用非線性模型預(yù)測控制的繩系衛(wèi)星Halo軌道保持控制劉剛，李傳江，馬廣富*哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001摘要：針對啞鈴型繩系衛(wèi)星在圓形限制性三體問題(CRTBP)中的Halo軌道保持控制問題，應(yīng)用非線性模型預(yù)測控制(NMPC)方法設(shè)計
2、了Halo軌道保持控制器。首先采用攝動法得到目標Halo軌道，通過跟蹤目標軌道上一運動點，將其轉(zhuǎn)化為目標跟蹤控制問題，然后設(shè)計非線性模型預(yù)測控制器對其進行跟蹤控制。利用4階Ronge-Kutta法對原非線性模型進行離散化，將預(yù)測控制中的有限時域最優(yōu)問題轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃問題進行求解，得到下一周期的控制量。最后通過數(shù)值仿真驗證了即使在初始位置偏差較大的情況下，所設(shè)計的控制器只需要很少的速度增量就可使繩系衛(wèi)星系統(tǒng)運動至目標軌道，并精確地保持在目標軌道上。關(guān)鍵詞：圓形限制性三體問題；繩系衛(wèi)星；模型預(yù)測控制；非線性
3、規(guī)劃；軌道保持控制中圖分類號：V448．2；TPl3文獻標識碼：A文章編號：1000—6893(2014)09—2605—10近年來，平動點附近的航天器編隊問題吸引了越來越多的關(guān)注。借助其特殊的動力學(xué)特性，許多新的空間科學(xué)任務(wù)相繼提出，在不久的將來可進一步提升人類深空探測的能力。但傳統(tǒng)的平動點編隊任務(wù)，不僅要克服平動點附近周期軌道的不穩(wěn)定性，還要考慮如何解決編隊保持和重構(gòu)等問題，這些都需要消耗一定的燃料來實現(xiàn)。而利用繩系衛(wèi)星代替?zhèn)鹘y(tǒng)方式以實現(xiàn)編隊的構(gòu)成和維持，如通過改變繩長實現(xiàn)干涉測量基線的改變等，將繩系
4、衛(wèi)星系統(tǒng)優(yōu)點和平動點附近編隊相結(jié)合，在未來深空探索應(yīng)用上具有非常大的潛力和價值。繩系衛(wèi)星系統(tǒng)在平動點及其附近周期軌道的動力學(xué)和控制研究始于FarquharEl。2I，他通過改變繩長設(shè)計了地月平動點的穩(wěn)定控制器，但只進行了可行性分析，所采用的動力學(xué)模型有很大局限性。此后，Gates[3]在不考慮繩的質(zhì)量的前提下，推導(dǎo)了三維空間中任意構(gòu)型的繩系衛(wèi)星動力學(xué)方程。在此基礎(chǔ)上，Kim和Hall[4弓。提出了宇宙結(jié)構(gòu)進化的亞毫米探測器(SPECS)任務(wù)，并針對任務(wù)特點設(shè)計了線性和非線性的控制器。但Gates和Hall
5、等口。43僅針對繩系衛(wèi)星短周期的運動進行設(shè)計，沒有考慮行星和太陽引力的影響。與此同時，Misra等¨]在Farquhar研究的基礎(chǔ)上，進一步完善了限制性三體問題中繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的模型，使其更符合一般繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的描述。Wong和MisraL70以及趙軍等[8。91針對不同的任務(wù)對Misra等¨o提出的模型做了更具體的分析，并分別基于線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)和近似序列Riccati方程(ASRE)方法等設(shè)計了最優(yōu)軌道保持控制器，實現(xiàn)了周期軌道附近小范圍的保持控制。Pelaez等¨叫組成的團隊以Mi；ra等嘲
6、的動力學(xué)收稿日期：2013—12·03；退修日期：2014一01-06；錄用日期：2014．03一lO；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2014—03—2511：47網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929．V．201403251147．001．h咖l基金項目：國家自然科學(xué)基金(61304005)*通訊作者Tel．：0451—86402726E-mail：magf@hit．educn翻用格武ILiuG，LiCJ，MaGF．Station-keepingoffetheredsatellit
7、esystemaroundaHaloorb#usingnonlinearmodelpredictive∞n打o
8、￡JIActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(9)：2605-2614．莉鼬，李傳江．馬廣富。盥帚菲線性模型預(yù)測控制昀繩系l星Halo軌道保持控割!Jj．航空學(xué)報，2014．35(9)：2605-2614．航空學(xué)報Sep252014Vol35No9推導(dǎo)思路為基礎(chǔ)，考慮了系繩質(zhì)量的影響，專門針對短期內(nèi)最有可能實現(xiàn)的啞鈴型繩系衛(wèi)星在平動點附近的動力學(xué)問
9、題，做了極為詳細且全面的推導(dǎo)和分析，并以簡化后的Hill模型為基礎(chǔ)設(shè)計了平動點附近穩(wěn)定控制的線性控制律，所得到的繩系衛(wèi)星動力學(xué)模型非常接近實際模型，具有很大的應(yīng)用價值。在平動點附近周期軌道保持控制方面，目前已經(jīng)提出的設(shè)計思路主要有目標跟蹤模式(Tar—getMode)[1”2]和Floquet模式(FloquetMode)EIsj。目標跟蹤模式以跟蹤給定的目標軌道為目的，利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、二次型最優(yōu)性能指標等設(shè)計類似于I．QR
